Redesigning the Molecular Choreography to Prevent Hydroxylation in Germacradien-11-ol Synthase Catalysis.
Redesigning the Molecular Choreography to Prevent Hydroxylation in Germacradien-11-ol Synthase Catalysis.
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重新设计分子编排以防止Germacradien-11-ol合酶催化中的羟基化。
DOI：
10.1021/acscatal.0c04647
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发表时间：
2021-02-05
期刊：
影响因子：
12.9
通讯作者：
van der Kamp MW
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Srivastava PL;Escorcia AM;Huynh F;Miller DJ;Allemann RK;van der Kamp MW
天然倍半萜合酶已进化为通过质子转移或羟基化（水捕获）猝灭反应性碳阳离子来制造复杂的萜类化合物，具体取决于其活性位点。来自天蓝色链霉菌的 Germacradien-11-ol 合酶 (Gd11olS) 催化法呢基二磷酸 (FDP) 环化为羟基化倍半萜 Germacradien-11-ol。在这里，我们结合实验和模拟来指导其活性位点口袋的重新设计，以避免产品的羟基化。分子动力学模拟表明水分子可以在两个区域之间流动，这两个区域负责羟基化。选定残基的点突变导致主要形成复杂的非羟基化产物的变体，我们将其鉴定为异烯酮。我们的结果表明这些突变如何巧妙地改变 Gd11olS 活性位点的分子编排，从而为萜烯合酶工程化制造复杂的萜类产品铺平道路。
Natural sesquiterpene synthases have evolved to make complex terpenoids by quenching reactive carbocations either by proton transfer or by hydroxylation (water capture), depending on their active site. Germacradien-11-ol synthase (Gd11olS) from Streptomyces coelicolor catalyzes the cyclization of farnesyl diphosphate (FDP) into the hydroxylated sesquiterpene germacradien-11-ol. Here, we combine experiment and simulation to guide the redesign of its active site pocket to avoid hydroxylation of the product. Molecular dynamics simulations indicate two regions between which water molecules can flow that are responsible for hydroxylation. Point mutations of selected residues result in variants that predominantly form a complex nonhydroxylated product, which we identify as isolepidozene. Our results indicate how these mutations subtly change the molecular choreography in the Gd11olS active site and thereby pave the way for the engineering of terpene synthases to make complex terpenoid products.
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