Un nucleófilo no canónico desbloquea una nueva vía mecánica en una enzima diseñada

Resumen La evolución dirigida de enzimas diseñadas por computación ha proporcionado nuevas perspectivas sobre la aparición de sitios catalíticos sofisticados en las proteínas. En este sentido, hemos mostrado recientemente que un nucleófilo de histidina y una arginina flexible pueden trabajar en sinergia para acelerar la reacción de Morita-Baylis-Hillman (MBH) con una eficiencia sin igual. Aquí, mostramos que reemplazar la histidina catalítica por un nucleófilo no canónico N δ -metilhistidina (MeHis23) lleva a un resultado evolutivo substancialmente alterado en el que la Arg124 ha sido abandonada. En su lugar, ha surgido Glu26, que media un paso de transferencia de protones que limita la velocidad para proporcionar una enzima (BH MeHis 1.8) que es más de una orden de magnitud más activa que nuestra anterior MBHasa. Curiosamente, aunque la sustitución de MeHis23 por His en BH MeHis 1.8 reduce la actividad en 4 veces, el variante resultante que contiene His sigue siendo un potente biocatalizador MBH. Sin embargo, el análisis de la trayectoria evolutiva de BH MeHis 1.8 revela que el nucleófilo MeHis fue crucial en las primeras etapas de la ingeniería para desbloquear la nueva vía mecánica. Este estudio demuestra cómo incluso perturbaciones sutiles a elementos catalíticos clave de las enzimas diseñadas pueden llevar a resultados evolutivos muy diferentes, resultando en nuevas soluciones mecánicas a transformaciones químicas complejas.