一种非常规亲核试剂揭示了设计酶中的新机制路径

摘要 计算设计的酶的定向进化为我们提供了关于蛋白质中复杂催化位点出现的新见解。在这方面，我们最近显示了组氨酸亲核试剂和灵活的精氨酸可以协同工作，以无与伦比的效率加速 Morita-Baylis-Hillman (MBH) 反应。在这里，我们展示了用非常规 N δ -甲基组氨酸 (MeHis23) 亲核试剂替代催化组氨酸，导致进化结果发生显著变化，催化精氨酸 124 被放弃了。取而代之的是谷氨酸 26 的出现，它介导限速质子转移步骤，产生一种比我们早期的 MBHase 活性高出一个数量级的酶 (BH MeHis 1.8)。有趣的是，尽管在 BH MeHis 1.8 中将 MeHis23 替换为组氨酸使活性降低了 4 倍，但所得的含组氨酸变体仍然是一种强效的 MBH 生物催化剂。然而，对 BH MeHis 1.8 进化轨迹的分析表明，MeHis 亲核试剂在早期工程阶段对于解锁这一新机制路径至关重要。这项研究表明，即使对设计酶的关键催化元素进行微小扰动，也会导致截然不同的进化结果，从而为复杂化学转化提供新的机制解决方案。