Unlocking Asymmetric Michael Additions in an Archetypical Class I Aldolase by Directed Evolution

通过定向进化解锁典型 I 类醛缩酶中的非对称迈克尔加成

I类醛缩酶催化不对称醛醇加成反应，并已广泛应用于手性 β-羟基-羰基化合物的生物催化合成。然而，这些强大的酶在其他 C-C 键形成反应中的有效性仍未得到探索。因此，重新设计I类醛缩酶以扩大其催化功能，使其包括非天然的碳化反应，仍然是一个主要的挑战。本文作者报告了一种典型的 I 类醛缩酶，大肠杆菌2-脱氧-d-核糖-5-磷酸醛缩酶（DERA），可有效地催化硝基甲烷对映选择性迈克尔加成到α，β-不饱和醛中，生成各种药物相关的手性合成物。经过 11 轮定向进化后，重新设计的 DERA 酶 (DERA-MA) 进行了 12 个氨基酸替换，与野生型酶相比催化活性提高了 190 倍。DERA-MA 对这种非生物反应的高催化效率使其成为具有生物催化应用潜力的“迈克尔酶”。醛缩酶通过激活酶结合的底物作为亲核试剂自然发挥作用，而DERA-MA则通过激活酶结合的底物作为亲电试剂。这项工作证明了定向进化将天然醛缩酶的反应性扩大到包括不对称迈克尔加成反应的能力，并提供了探索使用 DERA 衍生催化剂进行亚胺催化的机会。

Rational Design of Biocatalytic Deuteration Platform of Aldehydes

醛类生物催化氘化平台的合理设计

C-H 键与 C-D 键的区域选择性取代已成为化学和化学生物学中的重要工具，并经常用于机理研究、代谢组学以及 NMR 和 MS 分析。与合成催化剂相比，酶已成为传统有机合成的有力替代品，因为它们效率高、选择性好且环保。但酶在大多数情况下只催化各自的天然反应。基于对催化机制的理解合理设计酶的非天然反应性仍然是一个重大挑战。本文作者报告了一个依赖硫胺二磷酸（ThDP）的酶催化氢同位素交换(HIE)反应生物催化合成氘化醛。采用MD引导结构筛选ThDP 依赖性酶来评估 HIE 反应的可行性。在该机制的指导下，然后利用蛋白质工程设计关键突变体扩展底物类型，产生合适的结合口袋以以高产高D合相应的氘化醛，同时阻止不需要的安息香缩合反应。

Molecular Mechanism of Phosphate Steering for DNA Binding, Cleavage Localization, and Substrate Release in Nucleases

核酸酶中 DNA 结合、切割定位和底物释放的磷酸导向分子机制

结构特异性核酸内切酶 (SSE) 根据特定的 DNA 3D 结构在精确位置切割 DNA 底物。人皮瓣核酸内切酶 1 (hFEN1) 是一种 5' SSE，它通过使用双金属离子催化以显著的效率和选择性处理冈崎片段 5'-皮瓣来防止 DNA 不稳定。最近的结构和诱变数据表明，磷酸导向有利于特异性和催化性。在此，作者利用分子动力学和元动力学模拟，在原子水平上研究了hFEN1野生型和突变型的磷酸导向机制。带正电荷的第二和第三壳残基通过 (i) 底物摄取；(ii) 精确的切割定位；(iii) 底物释放，从而积极底物脱靶切割来操纵磷酸导向。

In Silico Identification and Experimental Validation of Distal Activity-Enhancing Mutations in Tryptophan Synthase

色氨酸合酶远端活性增强突变的计算机识别和实验验证

变构是调节多酶复合物的主要机制。驱动变构调节的机制基础知之甚少但包含酶工程的关键信息。本文作者关注由 TrpA 和 TrpB 亚基组成的色氨酸合酶复合体，它们相互变构激活。具体来说，作者开发了一种合理的方法来识别远离活性位点的 TrpB 的关键氨基酸残基。据预测，这些残基对于通过亚基内变构效应将孤立TrpB的低效构象集成转变为高效集合至关重要。构象驱动的 TrpB 设计的实验验证表明其在没有 TrpA 的情况下具有卓越的独立活性，与经过多轮实验进化后获得的效能相媲美。该工作证明，当前在计算酶设计中增强功能的远端活性位点预测的挑战已经变得触手可及。

Scission of Glucosidic Bonds by a Lentinus similis Lytic Polysaccharide Monooxygenases Is Strictly Dependent on H2O2 while the Oxidation of Saccharide Products Depends on O2

绒柄斗菇多糖单加氧酶的糖苷键断裂严格依赖于H2O2，而糖类产物的氧化依赖于O2

裂解多糖单加氧酶 (LPMO) 是单核铜酶，可与糖苷水解酶协同作用以糖化自然界中最丰富的多糖。O2和H2O2均可作为LPMO 的共底物。绒柄斗菇LPMO (LsAA9A)先前已经被证明在以抗坏血酸作为还原剂时氧化分解低聚糖。该研究表明，LsAA9A在没有H2O2的情况下无法完成催化循环并裂解纤维素；以H2O2作为共底物时，它能按化学计量快速特异性地裂解纤维低聚物。然而，产品中含有比一般LPMO 更多的非氧化糖类。因此，糖苷键的断裂和糖类的氧化似乎不是直接耦合的。在缺氧条件下完全没有氧化产物证实了这一点。为此，作者提出了一种由H2O2衍生的笼状羟基自由基水解纤维素自由基的机制。