Through virtual saturation mutagenesis and rational design for superior substrate conversion in engineered d‐amino acid oxidase

饱和突变 突变体 突变 合理设计 丙氨酸扫描 基质(水族馆) 氧化酶试验 脱氨基 D 生物化学 蛋白质工程 化学 丙氨酸 组合化学 氨基酸 生物 遗传学 基因 生态学
作者
Heng Tang,Hongli Zhu,Jin‐Qiao Zhao,Liu‐Yu Wang,Ya‐Ping Xue,Yu‐Guo Zheng
出处
期刊:Biotechnology Journal [Wiley]
卷期号:19 (7)
标识
DOI:10.1002/biot.202400287
摘要

The d-amino acid oxidase (DAAO) is pivotal in obtaining optically pure l-glufosinate (l-PPT) by converting d-glufosinate (d-PPT) to its deamination product. We screened and designed a Rasamsonia emersonii DAAO (ReDAAO), making it more suitable for oxidizing d-PPT. Using Caver 3.0, we delineated three substrate binding pockets and, via alanine scanning, identified nearby key residues. Pinpointing key residues influencing activity, we applied virtual saturation mutagenesis (VSM), and experimentally validated mutants which reduced substrate binding energy. Analysis of positive mutants revealed elongated side-chain prevalence in substrate binding pocket periphery. Although computer-aided approaches can rapidly identify advantageous mutants and guide further design, the mutations obtained in the first round may not be suitable for combination with other advantageous mutations. Therefore, each round of combination requires reasonable iteration. Employing VSM-assisted screening multiple times and after four rounds of combining mutations, we ultimately obtained a mutant, N53V/F57Q/V94R/V242R, resulting in a mutant with a 5097% increase in enzyme activity compared to the wild type. It provides valuable insights into the structural determinants of enzyme activity and introduces a novel rational design procedure.
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