誘導進化によるバイオカタリシスバイエル=ヴィリゲル反応における従来の電子効果の優位性
Guangyue Li1,2,3, Marc Garcia-Borràs4, Maximilian J L J Fürst5
1State Key Laboratory for Biology of Plant Diseases and Insect Pests/Key Laboratory of Control of Biological Hazard Factors (Plant Origin) for Agri-product Quality and Safety, Ministry of Agriculture , Institute of Plant Protection, Chinese Academy of Agricultural Sciences , Beijing 100081 , China.
研究者は,化学反応における地域選択性を逆転させるため,バイエル・ヴィリガー単酸化酵素 (BVMOs) を設計した. 誘導進化は酵素の好みを正常から異常な産物形成に切り替え,有機合成に対する新たな制御を提供した.
科学分野:
- 有機化学
- 生物触媒
- タンパク質工学
背景:
- バイエル・ヴィリガー (BV) 反応における地域選択性の制御は,有機化学における持続的な課題である.
- バイエル・ヴィリガー単酸化酵素 (BVMOs) は,BV反応を触媒化する酵素であるが,その地域選択性を制御することは困難である.
- m-CPBAのような合成反応剤は,通常は正常な製品のみを好み,地域選択性に対する制御が限られている.
研究 の 目的:
- 誘導進化を用いて正常から異常のBVMO地域選択性を切り替えるという課題に取り組む.
- 線形ケトンの反応における地域選択性を逆転させるための熱安定BVMO (TmCHMO) を設計する.
- 観察された地域選択性スイッチのメカニズム的基礎を調査する.
主な方法:
- Iterative saturation mutagenesisは, *Thermocrispum municipale* DSM 44069からの熱安定型BVMO (TmCHMO) に適用されました.
- 4-フェニル-2-ブタノンを基質として使用して,変化した地域選択性を持つ変異体を選択した.
- 酵素活性,安定性,反応メカニズムを分析するために,運動パラメータ,融解温度,QM/MM,MDシミュレーションを使用した.
主要な成果:
- 4-フェニル-2-ブタノンの場合,TmCHMOの地域選択性は99:1 (正常な製品) から2:98 (異常な製品) に逆転した.これはm-CPBAでは達成できない.
- 他の2つの線形ケトンでも地域選択性の逆転が観察されました.
- ミュータントは通常 触媒活性と熱安定性を維持し タンパク質の設計に成功しました
- コンピュータによるシミュレーションにより,変異が中間物質と移行状態の形状を変化させ,形状制御が地域選択性の電子制御を凌駕することを明らかにした.
結論:
- 誘導進化はBVMOの地域選択性を再プログラムする強力なツールであり,異常なBV産物の合成を可能にします.
- エンジニアリングされた変異体は 固有の電子的偏好を優先して 地域選択性を決定する 構造制御メカニズムを示しています
- これらの発見は,多様な合成用途に合わせた地域選択性を備えたBVMOsを設計するための将来のタンパク質工学の取り組みの基盤を提供します.
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