Chemogenetic Evolution of Diversified Photoenzymes for Enantioselective [2 + 2] Cycloadditions in Whole Cells

化学 对映选择合成 生物催化 定向进化 发色团 合理设计 立体选择性 立体化学 突变 组合化学 有机化学 纳米技术 突变 生物化学 催化作用 反应机理 材料科学 突变体 基因
作者
Juan Guo,Junyi Qian,Dai-Hong Cai,Jianjian Huang,Xinjie Yang,Ningning Sun,Junshuai Zhang,Tengfei Pang,Weining Zhao,Guojiao Wu,Xi Chen,Fangrui Zhong,Yuzhou Wu
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:146 (28): 19030-19041 被引量:41
标识
DOI:10.1021/jacs.4c03087
摘要

Artificial photoenzymes with novel catalytic modes not found in nature are in high demand; yet, they also present significant challenges in the field of biocatalysis. In this study, a chemogenetic modification strategy is developed to facilitate the rapid diversification of photoenzymes. This strategy integrates site-specific chemical conjugation of various artificial photosensitizers into natural protein cavities and the iterative mutagenesis in cell lysates. Through rounds of directed evolution, prominent visible-light-activatable photoenzyme variants were developed, featuring a thioxanthone chromophore. They successfully enabled the enantioselective [2 + 2] photocycloaddition of 2-carboxamide indoles, a class of UV-sensitive substrates that are traditionally challenging for known photoenzymes. Furthermore, the versatility of this photoenzyme is demonstrated in enantioselective whole-cell photobiocatalysis, enabling the efficient synthesis of enantioenriched cyclobutane-fused indoline tetracycles. These findings significantly expand the photophysical properties of artificial photoenzymes, a critical factor in enhancing their potential for harnessing excited-state reactivity in stereoselective transformations.
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