In Silico Prediction of a Multimutational Stereoselective Alcohol Dehydrogenase

立体选择性 生物信息学 醇脱氢酶 对映选择合成 饱和突变 定向进化 突变 化学 分子动力学 蛋白质设计 计算生物学 蛋白质工程 酶催化 定点突变 丙氨酸 立体化学 定向分子进化 上位性 分子模型 底物特异性 氨基酸 立体异构 对接(动物) 双功能 DNA洗牌 基质(水族馆) 组合化学 计算化学 同源建模 残留物(化学) 生物化学
作者
Bowen Zhang,Congcong Li,Pengpeng Zhang,Jun‐Kuan Li,Bo Yuan,Ge Qu,Manfred T. Reetz,Zhoutong Sun
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:15 (19): 16633-16642 被引量:4
标识
DOI:10.1021/acscatal.5c03838
摘要

Three decades ago, directed evolution of enzyme stereoselectivity opened an exciting research field, requiring laborious high-throughput screening. Despite improvements in mutagenesis techniques, the final objective has not been reached: The computational prediction of an enantioselective variant without any screening during the whole iterative mutagenesis procedures. We demonstrate here that in silico prediction of an enantioselective multimutational variant is possible. A difficult goal was chosen by aiming for complete inversion of enantioselectivity of a wild-type enzyme (alcohol dehydrogenase, 99% S) to 99% (R) of the best predicted variant. This was achieved, guided by the substrate binding pocket reshaping technique, past mutational data, molecular dynamics computations, and the Rosetta algorithm for identifying residues as hotspots. Specific amino acid exchanges at these sites were then predicted. Following the experimental validation of the resulting superior variant, the deletion of residue Alanine 85 functions as a conformational proofreading switch that dictates stereochemical outcomes. Our study includes the analysis of epistatic mutational effects and molecular dynamics simulations in the quest to understand all results, including the stereoselectivity switch.
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