Repurposing myoglobin into an abiological asymmetric ketoreductase

肌红蛋白 生物催化 化学 动力学分辨率 定向进化 组合化学 饱和突变 血红素蛋白 对映体药物 氧化还原 立体化学 生物化学 有机化学 对映选择合成 催化作用 血红素 突变体 反应机理 基因
作者
Xiang Zhang,Dongping Chen,Julian Stropp,Ryo Tachibana,Zhi Zou,Daniel Klose,Thomas R. Ward
出处
期刊:Chem [Elsevier]
卷期号:10 (8): 2577-2589 被引量:15
标识
DOI:10.1016/j.chempr.2024.06.010
摘要

Thanks to recent advances in enzyme repurposing, hemoproteins have gained significant attention as versatile biocatalysts that catalyze a variety of transformations, ranging from oxidation to redox-neutral reactions. To complement these achievements, we report herein on our efforts to repurpose myoglobin (Mb) into an asymmetric ketoreductase, using PhSiH3 as reductant. Two rounds of mutagenesis afforded a double mutant capable of reducing with high enantioselectivity a broad range of prochiral aliphatic and aromatic ketones in the presence of whole cells. Additional rounds of directed evolution afforded a quintuple mutant with opposite enantioselectivity. Mechanistic investigations suggest that a fleeting Fe–H species undergoes heterolytic hydride transfer to afford enantiopure alcohols from the corresponding ketones. The excellent saturation kinetic profile, combined with the practicality of whole-cell biocatalysis under aerobic conditions, highlights the potential of repurposed Mb as an asymmetric ketoreductase with a broad substrate scope, thus expanding the reaction repertoire catalyzed by hemoproteins.
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