四川大学 王娜 ACS Catal 在稠环内酯合成中酶促动态动力学不对称转化对映选择性的逆转

文摘   2024-11-15 10:01   辽宁  

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摘要
通过对一种酮还原酶进行理性设计,使其转化为立体互补的突变体,以控制带有相邻立体中心的大体积手性分子的立体选择性,这一过程既理想又充满挑战。本研究通过靶向突变位于酶活性位点中的两个关键残基(Y188和H145),对来自 Chryseobacterium sp. CA49 的酮还原酶 ChKRED20 进行了蛋白质工程改造,从而实现了三环稠合内酯合成中的精确立体控制。在该体系中观察到了动力学拆分不对称还原(KR-AR)和动态动力学不对称转化(DyKAT)。在KR-AR过程中,ChKRED20突变体能够将(R)-或(S)-酮酯选择性地转化为相应的对映和非对映富集的(R,S)-或(S,R)-顺式内酯,并留下(S)-或(R)-酮酯。而在DyKAT过程中,底物的非反应性构型通过酶介导的质子化-去质子化途径实现了高效的烯醇化平衡。此外,还进行了计算研究,以深入探讨立体选择性和对映选择性的起源。

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研究内容

图1. (A) 合成手性稠环内酯的策略。(B) 本研究通过对 ChKRED20 的半理性设计,通过动态动力学不对称转化(DyKAT)或外消旋 γ-酮酯的动力学拆分不对称还原(KR-AR)来控制稠环内酯的立体选择性。

图2. (a) 使用 M2 作为亲本,在 188 位进行 SSM;(b) 使用 M2 作为亲本,通过位点饱和突变 (SSM) 和组合突变在 188 和 145 位鉴定立体互补突变体。(c) 188或145位突变体的比较。

方案1. 内酯范围

图3. (a) 当底物 2a 以空间位阻状态结合到活性位点时,氢化物转移在能量上不利;(b) 2a 进入M3C3和M4A1的MD模拟。

图4. 2a的KR-AR和18a的DyKAT的时间过程

图5. 机制研究

综上,作者报告了一种高效且高选择性的生物催化方法,使用精心设计的ChKRED20通过DyKAT或KR-AR合成光学纯的三环稠合顺式内酯。通过筛选获得了立体互补突变体,仅针对位于 ChKRED20 口袋中的两个关键残基,成功控制了 DyKAT 和 KR-AR 过程的立体偏好,从而获得了稠合内酯的两种对映体。该生物催化平台为构建具有高对映体和非对映体选择性的三环稠合内酯提供了一种高效、简单、绿色的方法。
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论文相关信息

文章信息:Reversing the Enantioselectivity of Enzymatic Dynamic Kinetic Asymmetric Transformations in the Synthesis of Fused Lactones

文章链接:https://doi.org/10.1021/acscatal.4c05196

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