Improving Activity and C β -Stereoselectivity of l -Threonine Transaldolase via Structure-Guided Protein Engineering and a Visual High-Throughput Screening Method

饱和突变 蛋白质工程 生物催化 化学 转醛醇酶 焦磷酸硫胺 转酮酶 突变 产量(工程) 组合化学 代谢工程 生物化学 催化作用 突变体 定向进化 乙醛 酶 对映体过量 辅因子 生物转化 合理设计 立体化学 硫胺素 酶催化
作者
Zonghong Li,Shanshan Yu,Jinhui Feng,Xiang Sheng,Yu‐Cheng Gu,Peiyuan Yao,Qiaqing Wu,Dunming Zhu
出处
期刊:ACS Sustainable Chemistry & Engineering [American Chemical Society]
卷期号:13 (51): 22064-22073 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acssuschemeng.5c09721
摘要

High Resolution Image Download MS PowerPoint Slide Chiral β-hydroxy-α-amino acids are key chiral building blocks of many natural products and drug molecules, but their asymmetric synthesis remains a notable challenge. l -Threonine transaldolase (LTTA) exhibits favorable stereoselectivity in β-hydroxy-α-amino acid synthesis, but its relatively low activity restricts its widespread application. In this study, we established a visual high-throughput screening method to improve the activity and C β -stereoselectivity of a novel LTTA from Pseudomonas sp. EMN2 (LTTA11), which relied on the conversion of the byproduct acetaldehyde with a thiamine pyrophosphate (ThDP)-dependent enzyme. A triple mutant M3 (F59G/M65N/F70T) was identified by saturation mutagenesis and iterative saturation mutagenesis, which exhibited a 160-fold improvement in the catalytic efficiency relative to that of wild-type enzyme and enhanced C β -stereoselectivity (97.3% de ) toward 4-methylsulfonylbenzaldehyde. This mutant also exhibited excellent catalytic performance toward various substituted aromatic aldehydes, particularly para -substituted substrates, with good to excellent de values (92%–97.3%). Gram-scale preparation of l -threo -4-methylsulfonylphenylserine and l - threo -4-nitrophenylserine was performed with a high space-time yield (20 g L –1 h –1 and 23 g L –1 h –1 ), representing the highest levels reported to date. This work offers valuable guidance for further engineering of LTTA for the industrial production of β-hydroxy-α-amino acids.
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