分子モデリングによって明らかにされた変異ハロアルカンデハロゲナーゼによる1,2,3-トリクロロプロパンの変換の強化のメカニズム

1,2,3-トリクロロプロパン（TCP）は、エピクロロヒドリン製造の非常に毒性のある、繰り返しの副産物です。Rhodococcus sp。TCPを含むさまざまなハロゲン化化合物のカーボンハロゲン結合を加水分解しますが、効率が低い（K（CAT）/K（M）= 36秒（-1）M（-1））。TCP脱ハロゲン化の触媒効率が3倍高いCys176tyr-dhaa変異体は、誤差が発生しやすいPCRによって以前に得られました。分子シミュレーションと量子機械的計算を使用して、変異体の触媒の改善に関与する分子メカニズム、およびTCPに対するDHAAのエナンチオ選択性を解明しました。CYS176TYR変異は、タンパク質アクセスと輸出ルートを修正します。かさばるティルによるCys残基の置換​​により、上部トンネルが狭くなり、2番目のトンネル「スロット」が好ましいルートになります。TCPは、DHAA酵素に2つの主要な向きを採用できます。その1つは、ハロゲン化物安定化残基ASN41がTCP分子の末端ハロゲン原子と水素結合を形成し、他のIT結合は中心ハロゲン原子と結合します。これらの結合パターンの違いは、酵素によって触媒された反応における2,3-ジクロロプロパン-1-オールの（r） - エナンチオマーに対する優先的な形成を説明しています。

1,2,3-Trichloropropane (TCP) is a highly toxic, recalcitrant byproduct of epichlorohydrin manufacture. Haloalkane dehalogenase (DhaA) from Rhodococcus sp. hydrolyses the carbon-halogen bond in various halogenated compounds including TCP, but with low efficiency (k (cat)/K (m )= 36 s(-1) M(-1)). A Cys176Tyr-DhaA mutant with a threefold higher catalytic efficiency for TCP dehalogenation has been previously obtained by error-prone PCR. We have used molecular simulations and quantum mechanical calculations to elucidate the molecular mechanisms involved in the improved catalysis of the mutant, and enantioselectivity of DhaA toward TCP. The Cys176Tyr mutation modifies the protein access and export routes. Substitution of the Cys residue by the bulkier Tyr narrows the upper tunnel, making the second tunnel "slot" the preferred route. TCP can adopt two major orientations in the DhaA enzyme, in one of which the halide-stabilizing residue Asn41 forms a hydrogen bond with the terminal halogen atom of the TCP molecule, while in the other it bonds with the central halogen atom. The differences in these binding patterns explain the preferential formation of the (R)- over the (S)-enantiomer of 2,3-dichloropropane-1-ol in the reaction catalyzed by the enzyme.