Mining and engineering of valine dehydrogenases from a hot spring sediment metagenome for the synthesis of chiral non-natural L-amino acids

热稳定性 氨基酸 基因组 饱和突变 定向进化 蛋白质工程 残留物(化学) 嗜热菌 化学 活动站点 底物特异性 缬氨酸 立体化学 突变体 生物化学 计算生物学 生物 组合化学 基因
作者
Xinjian Yin,Wenzhong Gong,Zhigeng Zhan,Wei Wei,Meng-Meng Li,Jian‐Yu Jiao,Bi‐Shuang Chen,Lan Liu,Wen‐Jun Li,Zhizeng Gao
出处
期刊:Molecular Catalysis [Elsevier]
卷期号:533: 112767-112767 被引量:4
标识
DOI:10.1016/j.mcat.2022.112767
摘要

Valine dehydrogenases (ValDHs) represent promising candidates for the development of biocatalysts for short chain amino acids or amines synthesis. However, only a limited number of ValDHs have been reported. Metagenomic mining is a powerful tool to access new members of limited enzyme families. Here we report the discovery of two novel ValDHs (HsValDH3 and HsValDH4) by metagenomic mining of a hot spring sediment sample. After systematical characterization and molecular dynamics simulations of HsValDH3 and HsValDH4, an interesting correlation between their structure compactness and thermostability was uncovered. We also identified a residue (I294) in the active pocket of HsValDH3 that plays a crucial role in its substrate specificity. Site-directed mutagenesis of this residue successfully shifted the substrate preference of HsValDH3, revealing a possible evolutionary route between ValDHs and LeuDHs. HsValDH3 and its mutant showed excellent catalytic efficiency and stereoselectivity in the synthesis of three valuable non-natural L-amino acids, highlighting their potential practical applications.
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