Reshaping the Substrate-Binding Pocket of Ene-Reductase for Enhanced and Inverted Stereoselectivity: A Concise Access to the Stereocomplementary Chiral GABA Derivatives

立体选择性 基质(水族馆) 立体化学 催化作用 化学 位阻效应 对映选择合成 组合化学 有机化学 生物 生态学
作者
An Huang,Xianheng Song,Linlin Song,Shuang-Shuang Pan,Jiaxin Tian,Pengfei Wang,Shuyun Ju,Yajun Wang
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:15 (3): 1961-1972
标识
DOI:10.1021/acscatal.4c06784
摘要

Despite the availability of numerous natural and engineered ene-reductases (ERs), enantiocomplementary synthesis of the sterically hindered molecules by ERs is still limited by poor substrate acceptance, particularly due to the insufficient complementary stereoselectivity. Herein, we reshaped the substrate-binding pocket of SeER from Saccharomyces eubayanus through semirational design, enabling ERs capable of stereocomplementary hydrogenating of the challenging substituted β-cyano cinnamic esters. Compared to the wild type, the variants exhibited enhanced activity (up to 161-fold) and catalytic efficiency kcat/KM (up to 358-fold), displaying potential in synthesizing various chiral β-cyano esters with high stereoselectivity (up to 99% ee). Molecular dynamics simulations demonstrated that the key for the superior catalytic performance of variants is the well-tuned substrate-binding pocket, which strengthens and stabilizes substrate recognition. Furthermore, we elucidated the practicality of the SeER variants in asymmetric synthesis of the chiral GABA derivatives (e.g., Phenibut, Baclofen, and Tolibut) via chemo-enzymatic cascade reactions.
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