Unlocking Loop Geometric Remodeling Redirects Aldo-Keto Reductase from Substrate Promiscuity to 3-Keto-Deoxynivalenol Specificity

醛酮还原酶 基质(水族馆) 滥交 化学 循环(图论) 还原酶 生物化学 立体化学 生物 数学 生态学 组合数学
作者
Bin Ma,Jiafeng Niu,Hao Zhu,Huibing Chi,Zhaoxin Lu,Fengxia Lü,Zhu Ping
出处
期刊:Journal of Agricultural and Food Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:73 (18): 11316-11326
标识
DOI:10.1021/acs.jafc.4c12497
摘要

Aldo-keto reductase is responsible for the formation of nontoxic 3-epi-deoxynivalenol (3-epi-DON) from 3-keto-DON, which is an enzymatic detoxification manner to completely eliminate the toxicity of mycotoxin DON against health and environmental threats. Therefore, unlocking the facilitated substrate specificity of aldo-keto reductase for 3-keto-DON has become a critical challenge for advanced catalytic performance. In this endeavor, a loop-based engineering strategy was developed for aldo-keto reductase AKR13B3 from Devosia A6-243 to catalyze 3-keto-DON. A 31.9-fold switch from a disfavored substrate to the preferred one was produced along with a significant 37.9-fold increase in catalytic efficiency. Kinetic parameter determinations, structural analyses, and molecular simulations were employed to elucidate the molecular mechanisms underlying these enhancements in catalytic activity and substrate specificity. Overall, our work presents a feasible scheme for designing aldo-keto reductases with exceptional substrate specificity and catalytic activity, holding great promise for developing enzymatic detoxification agents.
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