蛋白质的稳定性和进化性相互影响。尽管蛋白质动力学在各种重要的催化性质中发挥着重要作用,但它们的高度灵活性和多样性使得将这些性质纳入酶的理性工程化设计变得困难。因此,如何在使用友好的理性设计过程中释放潜在的可进化性仍然是一个挑战。近期,中科院天津工业生物技术研究所孙周通课题组引入了一种脯氨酸诱导loop工程化测试(PiLoT)的概念,并将其应用于通过改变界面脯氨酸残基实现诱导活性位点loop区动力学的变化。该策略将突变重点放在位于活性位点loop区N末端的脯氨酸残基上。为了测试这种方法的有效性,对对映选择性乙醇脱氢酶TbSADH进行工程化改造。该酶使4-氯苯基吡啶-2-酮基在合成上具有重要的底物可接受性,并使(S)和(R)构象产物实现完美的立体控制。
图片来源:Angew. Chem. Int. Ed.
基于TbSADH的晶体结构,在靠近底物结合口袋的β6链附近观察到一个柔性loop区(残基84–92,称为loop A),相关β-loop的表面界面是一个脯氨酸残疾P84。P84突变体和敲除突变体的84位残基及loop A区域的RMSF值都高于野生型,其中ΔP84突变体显著增加。
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以4-氯苯基吡啶-2-酮基为底物对突变体进行活性测试,获得两个最佳突变体P84S/I86L和ΔP84/A85G。
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通过对最佳突变体和野生型的热力学分析,其结果揭示了酶的稳定性和可进化性之间微妙的相互作用。
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总之,这项原理验证研究表明,可以通过理性设计界面脯氨酸残基,以释放其可进化性,从而提供具有催化性能高度改进的新型生物催化剂。
参考文献:Unlocking the Stereoselectivity and Substrate Acceptance of Enzymes: Proline-Induced Loop Engineering Test
Angew. Chem. Int. Ed.
DOI: 10.1002/anie.202110793
原文作者:Ge Qu, Yuexin Bi, Beibei Liu, Junkuan Li, Xu Han, Weidong Liu,Yingying Jiang, Zongmin Qin, and Zhoutong Sun*