Direct asymmetric synthesis of β-branched aromatic α-amino acids using engineered phenylalanine ammonia lyases

苯丙氨酸 氨基酸 芳香族氨基酸 立体中心 化学 苯丙氨酸解氨酶 生物转化 立体选择性 立体异构 立体化学 对映选择合成 生物催化 组合化学 有机化学 生物化学 反应机理 分子 催化作用
作者
Chenghai Sun,Gen Lu,Baoming Chen,Guangjun Li,Ya Fang Wu,Yannik Brack,Dong Yi,Yu‐Fei Ao,Shuke Wu,Ren Wei,Yuhui Sun,Guifa Zhai,Uwe T. Bornscheuer
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:15 (1): 8264-8264 被引量:11
标识
DOI:10.1038/s41467-024-52613-x
摘要

Abstract β-Branched aromatic α-amino acids are valuable building blocks in natural products and pharmaceutically active compounds. However, their chemical or enzymatic synthesis is challenging due to the presence of two stereocenters. We design phenylalanine ammonia lyases (PAL) variants for the direct asymmetric synthesis of β-branched aromatic α-amino acids. Based on extensive computational analyses, we unravel the enigma behind PAL’s inability to accept β-methyl cinnamic acid (β-MeCA) as substrate and achieve the synthesis of the corresponding amino acids of β-MeCA and analogs using a double (PcPAL-L256V-I460V) and a triple mutant (PcPAL-F137V-L256V-I460V). The reactions are scaled-up using an optimized E. coli based whole-cell biotransformation system to produce ten β-branched phenylalanine analogs with high diastereoselectivity (dr > 20:1) and enantioselectivity (ee > 99.5%) in yields ranging from 41-71%. Moreover, we decipher the mechanism of PcPAL-L256V-I460V for the acceptance of β-MeCA and converting it with excellent stereoselectivity by computational simulations. Thus, this study offers an efficient method for synthesizing β-branched aromatic α-amino acids.
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