细菌
磷酸三
酯酶以非常快的周转率催化农药对氧
磷的
水解,并且被认为接近其对这种活性的进化极限。为了测试是否可以通过掺入非天然
氨基酸来提高自然进化的周转率,并探讨外周活性位点残基在催化循环的非
化学步骤(底物结合和产物释放)中的作用,我们替换了天然存在的
酪氨酸氨基309 位酸与非天然 L-(7-羟基
香豆素-4-基) 乙基甘
氨酸 (Hco) 和 L-(7-甲基
香豆素-4-基) 乙基甘
氨酸
氨基酸,以及亮
氨酸、苯丙
氨酸和色
氨酸。动力学分析表明,Hco 的 7-羟基基团,特别是在其去质子化状态下,由于对氧
磷水解的带负电荷的 4-
硝基苯酚产物的静电排斥,它有助于增加底物周转的限速产物释放步骤。通过使用非天然
氨基酸进行单一合理设计的突变,这种已经高效的催化剂提高了 8-11 倍,这与通过用天然
氨基酸筛选数十万个突变体来提高这种天然活性的难度形成对比。这些结果表明,设计
氨基酸为现有酶功能的工程和进化提供了轻松访