ハイブリッドカルボン酸還元酵素の工学と特性評価

カルボン酸レダクターゼ（CAR）は、対応するアルデヒド製品に広範囲のカルボキシル酸基質を減らす能力のため、貴重なバイオ触媒です。CARは、アデニル化とその後の基質の還元のための別々の触媒ドメインを備えたマルチドメイン酵素です。ドメイン間ダイナミクスは、車の触媒活性にとって重要です。この作業では、4つの細菌車と1つの真菌車のドメインを含むハイブリッド酵素が、バイオインフォマティクスと構造解析の組み合わせを使用して定義されたドメイン境界に基づいて構築されました。ハイブリッド車は、芳香族および直線鎖（C3-C5）カルボキシレート基質を使用した定常状態および過渡的な速度研究の両方で特徴付けられました。速度論的データは、ドメイン間相互作用が野生型車とハイブリッド車の両方の機能に重要な役割を果たすことを支持し、さらに、減少がcar触媒の速度決定ステップであるという仮説につながります。私たちの結果は、カー触媒の根本的な洞察と、ハイブリッドカーエンジニアリングの理論的根拠の両方を提供します。

Carboxylic acid reductases (CARs) are valuable biocatalysts due to their ability to reduce a broad range of carboxylate substrates into the corresponding aldehyde products. CARs are multi-domain enzymes with separate catalytic domains for the adenylation and the subsequent reduction of substrates. Inter-domain dynamics are crucial for the catalytic activities of CARs. In this work, hybrid enzymes that contain domains from four bacterial CARs and one fungal CAR were constructed based on domain boundaries that were defined using a combination of bioinformatics and structural analysis. Hybrid CARs were characterized in both steady-state and transient kinetics studies using aromatic and straight-chain (C3-C5) carboxylate substrates. Kinetic data support that the inter-domain interactions play an important role in the function of both wild-type and hybrid CARs and further lead to the hypothesis that reduction is the rate-determining step in CAR catalysis. Our results provide both fundamental insights into CAR catalysis and rationale for hybrid CAR engineering.