Engineering a Cytochrome P450 for Demethylation of Lignin-Derived Aromatic Aldehydes.
Engineering a Cytochrome P450 for Demethylation of Lignin-Derived Aromatic Aldehydes.
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DOI：
10.1021/jacsau.0c00103
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发表时间：
2021-03-22
期刊：
影响因子：
8
通讯作者：
DuBois JL
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Ellis ES;Hinchen DJ;Bleem A;Bu L;Mallinson SJB;Allen MD;Streit BR;Machovina MM;Doolin QV;Michener WE;Johnson CW;Knott BC;Beckham GT;McGeehan JE;DuBois JL
木质素衍生的芳香族化合物的生物漏斗是一种有前途的评估其催化解聚产物的方法。芳香族生物转化的工业过程需要高效的酶来进行关键反应，包括 O-甲氧基芳基的去甲基化，这是一个重要且通常是限速的步骤。最近表征的 GcoAB 细胞色素 P450 系统包含偶联的单加氧酶 (GcoA) 和还原酶 (GcoB)，可催化愈创木酚中 O-甲氧基-芳基的氧化去甲基化。在这里，我们评估了一系列工程 GcoA 变体对邻香兰素和对香兰素（丰富的木质素解聚产物）进行去甲基化的能力。需要两个合理设计的单氨基酸取代（F169S 和 T296S）才能将 GcoA 分别转化为香草醛邻位异构体和对位异构体的有效催化剂。根据一系列广泛的酶配体结构、动力学数据和分子动力学模拟来解释每种情况下的功能获得。使用已经针对阿魏酸生产对香草醛进行优化的恶臭假单胞菌 KT2440 菌株，我们证明了 T296S 变体在体内的去甲基化作用。这项工作将细胞色素 P450 酶已知的芳香族 O-去甲基化能力扩展到重要的木质素衍生芳香族单体。
Biological funneling of lignin-derived aromatic compounds is a promising approach for valorizing its catalytic depolymerization products. Industrial processes for aromatic bioconversion will require efficient enzymes for key reactions, including demethylation of O-methoxy-aryl groups, an essential and often rate-limiting step. The recently characterized GcoAB cytochrome P450 system comprises a coupled monoxygenase (GcoA) and reductase (GcoB) that catalyzes oxidative demethylation of the O-methoxy-aryl group in guaiacol. Here, we evaluate a series of engineered GcoA variants for their ability to demethylate o-and p-vanillin, which are abundant lignin depolymerization products. Two rationally designed, single amino acid substitutions, F169S and T296S, are required to convert GcoA into an efficient catalyst toward the o- and p-isomers of vanillin, respectively. Gain-of-function in each case is explained in light of an extensive series of enzyme-ligand structures, kinetic data, and molecular dynamics simulations. Using strains of Pseudomonas putida KT2440 already optimized for p-vanillin production from ferulate, we demonstrate demethylation by the T296S variant in vivo. This work expands the known aromatic O-demethylation capacity of cytochrome P450 enzymes toward important lignin-derived aromatic monomers.
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影响因子：
5.2
作者：
Johnson CW;Abraham PE;Linger JG;Khanna P;Hettich RL;Beckham GT
通讯作者：
Beckham GT
影响因子：
2.9
作者：
CHRASTIL, J;WILSON, JT
通讯作者：
WILSON, JT
影响因子：
5
作者：
Graf, Nadja;Altenbuchner, Josef
通讯作者：
Altenbuchner, Josef
DOI：
10.1073/pnas.1410657111
发表时间：
2014-08-19
影响因子：
11.1
作者：
Linger, Jeffrey G.;Vardon, Derek R.;Beckham, Gregg T.
通讯作者：
Beckham, Gregg T.
DOI：
10.1111/j.1432-1033.1993.tb17750.x
发表时间：
1993-04-01
期刊：
EUROPEAN JOURNAL OF BIOCHEMISTRY
影响因子：
--
作者：
ELTIS, LD;KARLSON, U;TIMMIS, KN
通讯作者：
TIMMIS, KN