An Energy Optimization Strategy Based on the Perfect Conformation of Prolyl Endopeptidase for Improving Catalytic Efficiency

酶动力学 催化效率 突变体 合理设计 催化作用 水解 化学 嗜热菌 产量(工程) 脯氨酸 动力学 组合化学 生物化学 材料科学 氨基酸 纳米技术 活动站点 物理 量子力学 冶金 基因
作者
Xiaolin Li,Yalong Cong,Mingzhe Ma,Zhi‐Neng You,Bei Gao,John Z. H. Zhang,Lujia Zhang
出处
期刊:Journal of Agricultural and Food Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:68 (18): 5129-5137 被引量:13
标识
DOI:10.1021/acs.jafc.0c00731
摘要

Prolyl endopeptidases (PEPs) hydrolyze proteins to yield bioactive peptides and are effective in the treatment of celiac disease. However, the catalytic efficiency of PEPs still has the potential to be improved, which could further strengthen their industrial and therapeutic applications. Herein, a novel rational design strategy based on a “near-attack conformation” of the catalytic state of PEP was adopted. Constrained dynamic simulations were applied, followed by the virtual screening of potentially favorable mutants according to their binding free energy. We redesigned Sphaerobacter thermophiles PEP with high-temperature activity/stability, a wide range of pH stabilities, and high proline specificity. As a result, the kcat value of two PEP mutants (I462W and Q560Y) increased by 208.2 and 150.1%, respectively, and the kcat/KM increased by 32.7 and 6.3%, respectively. These data revealed that the PEP mutants had improved catalytic efficiency and that our strategy can be applied for enzyme engineering.
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