Kemp elimination catalysts by computational enzyme design

催化作用 化学 定向进化 酶催化 蛋白质工程 组合化学 蛋白质设计 航程(航空) 纳米技术 蛋白质结构 材料科学 生物化学 基因 突变体 复合材料
作者
Daniela Röthlisberger,Olga Khersonsky,Andrew M. Wollacott,Lin Jiang,Jason DeChancie,Jamie L. Betker,Jasmine L. Gallaher,Eric A. Althoff,Alexandre Zanghellini,Orly Dym,Shira Albeck,K. N. Houk,Dan S. Tawfik,David Baker
出处
期刊:Nature [Springer Nature]
卷期号:453 (7192): 190-195 被引量:1303
标识
DOI:10.1038/nature06879
摘要

The design of new enzymes for reactions not catalysed by naturally occurring biocatalysts is a challenge for protein engineering and is a critical test of our understanding of enzyme catalysis. Here we describe the computational design of eight enzymes that use two different catalytic motifs to catalyse the Kemp elimination—a model reaction for proton transfer from carbon—with measured rate enhancements of up to 105 and multiple turnovers. Mutational analysis confirms that catalysis depends on the computationally designed active sites, and a high-resolution crystal structure suggests that the designs have close to atomic accuracy. Application of in vitro evolution to enhance the computational designs produced a >200-fold increase in kcat/Km (kcat/Km of 2,600 M-1s-1 and kcat/kuncat of >106). These results demonstrate the power of combining computational protein design with directed evolution for creating new enzymes, and we anticipate the creation of a wide range of useful new catalysts in the future.
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