Optimization of Enzyme Mechanism along the Evolutionary Trajectory of a Computationally Designed (Retro-)Aldolase
作者:Cathleen Zeymer、Reinhard Zschoche、Donald Hilvert
DOI:10.1021/jacs.7b05796
日期:2017.9.13
Schiff base and enamine intermediates, formed covalently between acetone and the catalytic lysine residue, was found to be the slowest step for the most active variants. A complex hydrogen bond network of four active site residues, which was installed in the late stages of laboratory evolution, apparently enhances lysine reactivity and facilitates efficient proton shuffling. This catalytic tetrad accounts
从头生物催化剂已通过计算设计和随后的实验优化成功生成。在这里,我们研究了计算设计的(逆)醛缩酶 RA95 的进化历史。起始酶的适度活性先前在多轮诱变和筛选中提高了 105 倍,以提供用于对映选择性裂解和 β-羟基酮合成的有效生物催化剂。使用一组具有代表性的 RA95 变体,我们探索了多步反应途径中的各个步骤,以确定哪些过程限制了稳态周转,以及沿进化轨迹积累的突变如何影响动力学机制。我们发现醛醇裂解的总体限速步骤从计算设计的 CC 键断裂(或途径中的早期步骤)转变为进化酶的产物释放。具体来说,在丙酮和催化赖氨酸残基之间共价形成的希夫碱和烯胺中间体的相互转化被发现是最活跃的变体的最慢步骤。在实验室进化后期安装的四个活性位点残基的复杂氢键网络显然增强了赖氨酸反应性并促进了有效的质子改组。这种催化四分体解释了在机制的所有步骤中观察到的巨大速率加速,最显着的是席夫碱形成和水解。