How To Break the Janus Effect of H2O2 in Biocatalysis? Understanding Inactivation Mechanisms To Generate more Robust Enzymes

生物催化 化学 定向进化 脂肪酶 QM/毫米 蛋白质工程 从头算 催化作用 合理设计 计算化学 分子动力学 组合化学 立体化学 生物化学 有机化学 纳米技术 材料科学 反应机理 突变体 基因
作者
Zexin Zhao,Dongming Lan,Xiyu Tan,Frank Hollmann,Uwe T. Bornscheuer,Bo Yang,Yonghua Wang
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:9 (4): 2916-2921 被引量:21
标识
DOI:10.1021/acscatal.8b04948
摘要

H2O2, is an attractive oxidant for synthetic chemistry, especially if activated as percarboxylic acid. H2O2, however, is also a potent inactivator of enzymes. Protein engineering efforts to improve enzyme resistance against H2O2 in the past have mostly focused on tedious probabilistic directed evolution approaches. Here we demonstrate that a rational approach combining multiscale MD simulations and Born–Oppenheimer ab initio QM/MM MD simulations is an efficient approach to rapidly identify improved enzyme variants. Thus, the lipase from Penicillium camembertii was redesigned with a single mutation (I260R), leading to drastic improvements in H2O2 resistance while maintaining the catalytic activity. Also the extension of this methodology to other enzymes is demonstrated.
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