Engineering Plant Terpene Synthase Pt PS30 for Enhanced Biopesticide Precursor Synthesis: Synergistic Optimization via Homologous Sequence Alignment and Structure-Guided Engineering

蛋白质工程 化学 生物催化 生物化学 定向进化 基质(水族馆) ATP合酶 萜烯 催化效率 突变体 同源重组 序列(生物学) 催化作用 底物特异性 组合化学 代谢工程 生物杀虫剂 生物合成 动力学分辨率 活动站点 可持续生产 合理设计 有机化学 立体化学 连接器 突变 酶催化 人工酶
作者
Tao Li,Yujunjie Zhou,Xiaolong Kong,Xince Wang,Fei Wang,Xun Li
出处
期刊:Journal of Agricultural and Food Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:74 (8): 6919-6929
标识
DOI:10.1021/acs.jafc.5c08449
摘要

Pinene synthase is a crucial biocatalyst for microbial production of (+)-α-pinene, a natural insect repellent and green pesticide enhancer. However, its low catalytic efficiency hinders industrial application. We employed a combination of homologous sequence alignment and structure-guided engineering to identify key mutations (H345F, S372C, and C527S) that significantly enhanced enzymatic activity. The double mutant H345F/S372C increased (+)-α-pinene titer to 273.66 mg/L, 3.38-fold higher than wild-type, with a 3.10-fold improvement in catalytic efficiency. Structural and computational analyses revealed that mutations optimized the substrate channel and reinforced hydrophobic pocket rigidity, improving substrate binding and enzyme stability. This engineered enzyme offers an efficient biosynthetic route for sustainable agrochemical production.
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