Repertoire of Computationally Designed Peroxygenases for Enantiodivergent C-H Oxyfunctionalization Reactions.
Repertoire of Computationally Designed Peroxygenases for Enantiodivergent C-H Oxyfunctionalization Reactions.
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DOI：
10.1021/jacs.2c11118
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发表时间：
2023-02-15
影响因子：
15
通讯作者：
Alcalde M
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Gomez de Santos P;Mateljak I;Hoang MD;Fleishman SJ;Hollmann F;Alcalde M
在现代合成化学中，用于C-H氧官能化反应的对映异构体生物催化剂的产生变得越来越重要。在这里，我们已经应用了FuncLib算法的基础上系统发育和Rosetta计算设计一个不同的剧目的活性，稳定，和enantiodiversent真菌过氧合酶。在酵母中功能性表达24种设计，每种设计在催化核心中携带4-5个突变，并以特征模型化合物为基准。几种设计在一定的温度和pH范围内是活跃和稳定的，显示出前所未有的对映异构性，改变从烷基到芳族羟基化的区域选择性，并将催化效率提高10倍，总营业额提高15倍。我们发现，这种戏剧性的功能分歧源于有益的上位性之间的突变和广泛的重组血红素通道。我们的工作表明，FuncLib可以快速设计富含对映选择性过氧合酶的高功能库，用于一系列生物技术应用。
The generation of enantiodivergent biocatalysts for C–H oxyfunctionalizations is ever more important in modern synthetic chemistry. Here, we have applied the FuncLib algorithm based on phylogenetic and Rosetta calculations to design a diverse repertoire of active, stable, and enantiodivergent fungal peroxygenases. 24 designs, each carrying 4–5 mutations in the catalytic core, were expressed functionally in yeast and benchmarked against characteristic model compounds. Several designs were active and stable in a range of temperature and pH, displaying unprecedented enantiodivergence, changing regioselectivity from alkyl to aromatic hydroxylation, and increasing catalytic efficiencies up to 10-fold, with 15-fold improvements in total turnover numbers over the parental enzyme. We find that this dramatic functional divergence stems from beneficial epistasis among the mutations and an extensive reorganization of the heme channel. Our work demonstrates that FuncLib can rapidly design highly functional libraries enriched in enantioselective peroxygenases not seen in nature for a range of biotechnological applications.
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