Structural Insight into Enantioselective Inversion of an Alcohol Dehydrogenase Reveals a “Polar Gate” in Stereorecognition of Diaryl Ketones

对醇脱氢酶立体识别二芳基酮的“极性门”揭示了反向对映选择性的结构机理

来源：JACS

IF：14.6

摘要：二芳基酮是合成药物的重要组成部分，但由于其两个庞大的芳族侧链的位阻较大，通常难于还原。来自多孢克鲁维酵母（Kluyveromyces polyspora）的酒精脱氢酶（Kp ADH）具有很高的二芳基酮底物（4-氯苯基）（吡啶-2-基）酮（CPMK）转化率，且R构型的对映体选择性为82％ee。为了改造Kp ADH的立体选择性文章提出了一种“极性扫描”策略，其中鉴定了底物结合袋内部和入口处的六个关键残基。迭代组合诱变后，获得变体Mu-R2和Mu-S5具有增强的（99.2％ee，R）和反向的（97.8％ee，S）立体选择性。对Kp ADH野生型和两个突变体与NADPH结合的晶体结构进行分析，以阐明反向对映选择性的机理。基于MD模拟，Mu-R2-CPMK _ProR和Mu-S5-CPMK _ProS在反应前状态的形成上更有利底物的立体选择。有趣的是，在Mu-S5的底物结合口袋的入口处，发现了由四个残基（N136，V161，C237和G214）的α-碳形成的四边形平面。该平面充当底物的“极性门”。由于氯苯基和吡啶取代基之间的电荷特性差异，当CPMK穿过Mu-S5中的“极性门”时，CPMK的S构型方向将被定义，而野生型中的相似平面被多个芳香族残基阻止。本文结果为将ADH立体选择二芳基酮的工程化铺平了道路，并为立体选择性转化的机理提供了结构上的剖析。