Efficient biosynthesis of high-value 5‑Hydroxytryptophan using a multienzyme cascade

色氨酸 化学 级联 5-羟基色氨酸 立体化学 辅因子 催化作用 突变体 限制 组合化学 生物物理学 生物化学 血清素 色谱法 受体 氨基酸 生物 机械工程 工程类 基因
作者
B X Wang,Shuai Liu,HaiDe Wang,Jianzhong Xu,Weiguo Zhang
出处
期刊:Molecular Catalysis [Elsevier]
卷期号:546: 113274-113274 被引量:2
标识
DOI:10.1016/j.mcat.2023.113274
摘要

5-Hydroxytryptophan (5-HTP) is a precursor of serotonin. The increasing demand for 5-HTP is driving the search for a more efficient and cost-effective production method. In this study, a new in vitro multi-enzyme cascade system (MECCS) was developed to convert L-tryptophan (L-trp) to 5-HTP in a single container while achieving the cycling and regeneration of cofactors and coenzymes. The rate-limiting enzyme tryptophan hydroxylase (TPH) was truncated to improve the overall efficiency of the cascade. After screening, the mutant M1 (NΔ143/CΔ26) showed excellent enzymatic performance, with a 2.3-fold increase in catalytic activity. Molecular dynamics simulations showed that the increase in active center binding force and the improvement of substrate tunnel in M1 improved the overall catalytic efficiency. In addition, the rigidity enhancement of the ligand binding pocket surrounding the region improved the thermal stability of the enzyme. Under optimized conditions, the MECCS converted 50 mM L-trp to 36.9 mM 5-HTP, with a conversion rate of 73.8%. This study provides an alternative pathway for the efficient production of 5-HTP.
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