Less Unfavorable Salt Bridges on the Enzyme Surface Result in More Organic Cosolvent Resistance

热稳定性 盐桥 分子动力学 脂肪酶 生物催化 蛋白质工程 化学 材料科学 盐(化学) 催化作用 有机化学 生物化学 计算化学 离子液体 突变体 基因
作者
Haiyang Cui,Lobna Eltoukhy,Lingling Zhang,Ulrich Markel,Karl‐Erich Jaeger,Mehdi D. Davari,Ulrich Schwaneberg
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:60 (20): 11448-11456 被引量:53
标识
DOI:10.1002/anie.202101642
摘要

Abstract Biocatalysis for the synthesis of fine chemicals is highly attractive but usually requires organic (co‐)solvents (OSs). However, native enzymes often have low activity and resistance in OSs and at elevated temperatures. Herein, we report a smart salt bridge design strategy for simultaneously improving OS resistance and thermostability of the model enzyme, Bacillus subtilits Lipase A (BSLA). We combined comprehensive experimental studies of 3450 BSLA variants and molecular dynamics simulations of 36 systems. Iterative recombination of four beneficial substitutions yielded superior resistant variants with up to 7.6‐fold (D64K/D144K) improved resistance toward three OSs while exhibiting significant thermostability (thermal resistance up to 137‐fold, and half‐life up to 3.3‐fold). Molecular dynamics simulations revealed that locally refined flexibility and strengthened hydration jointly govern the highly increased resistance in OSs and at 50–100 °C. The salt bridge redesign provides protein engineers with a powerful and likely general approach to design OSs‐ and/or thermal‐resistant lipases and other α/β‐hydrolases.
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