重新编程 Rossmann 折叠结构特征基序可以生成正交的氧化还原生物催化剂

《Nature Communications》：Reprogramming the Rossmann fold signature motif creates orthogonal redox biocatalysts

　　

摘要

生物体内的还原能力由烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（磷酸盐，NAD(P)/H）提供，它支持细胞功能的运作，但无法被直接引导至特定的代谢途径中。烟酰胺单核苷酸（NMN(H)）作为一种全新的氧化还原辅因子，被用于解决这一问题。为了研发出不会与细胞内NAD(P)/H结合的NMN(H)特异性酶，我们改变了Rossmann折叠酶中固有的GxGxxG结构基序（这一基序使得酶能够持续识别NAD(P)/H）。我们在磷酸脱氢酶（PTDH）的基础上设计了NRC-01和NRC-02两种变体，这种变体能够阻止电子泄漏到依赖NAD(P)/H的副反应中，同时以比现有催化剂高约240倍的效率促进NMN(H)相关的生物转化过程。通过对12种不同类型的酶进行测试，我们发现了更多能够催化重要生物制造反应的NMN(H)特异性酶，并总结出了一条预测该方法适用性的规律。Rosetta分子模拟、结构比对及实验结果表明，通过对Rossmann折叠结构进行重新设计并配合工程化的结构改造，可以为合成这类氧化还原生物催化剂提供一种通用方法。