通过基于门控的协同链设计技术制备高活性的氟乙酸脱卤酶

《Nature Communications》：Creating highly active fluoroacetate dehalogenases via gate-based synergetic chain design

　　

摘要

门控残基通过与远端动态网络的协同作用，逐渐成为酶催化过程中关键但尚未得到充分研究的调控因子。在本研究中，我们对氟乙酸脱卤酶RPA1163的构象动态进行了分析，发现了一对基于门控机制的别构位点（K181–W185），该对位点控制底物的结合及酶的催化活性。通过对这一对位点进行网络工程改造，我们获得了具有高转化率的α-氟苯丙酸双突变体（转化率 > 2 × 10?），从而证明了以门控机制为核心的别构调控是一种可普遍应用的设计原则。结构和分子动力学分析表明，活性提升是由于通过长程耦合作用稳定了酶的活性状态。将这一策略扩展到另外三种脱卤酶上，进一步证实了基于门控机制的动态重组的普遍性。借助这一框架，我们建立了一个用于立体选择性合成α-氟基和α-羟基羧酸的生物催化平台，实现了高产率（转化率 > 3.7 × 10?），并能够以高产率和对映选择性制备出用于药物研究的中间体。综上所述，门控残基的别构调控在蛋白质工程中是一个强有力的概念，它将构象动态与生物催化过程紧密联系在一起。