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Notice bibliographique
Résumé
The nonnatural alcohol 1,3-butanediol (1,3-BDO) is a valuable building block for the synthesis of various polymers. One of the potential pathways for the biosynthesis of 1,3-BDO includes the biotransformation of acetaldehyde to 1,3-BDO via 3-hydroxybutanal (3-HB) using aldolases and aldo-keto reductases (AKRs). This pathway requires an AKR selective for 3-HB, but inactive toward acetaldehyde, so it can be used for one-pot synthesis. In this work, we screened more than 20 purified uncharacterized AKRs for 3-HB reduction and identified 10 enzymes with significant activity and nine proteins with detectable activity. PA1127 from <i>Pseudomonas aeruginosa</i> showed the highest activity and was selected for comparative studies with STM2406 from <i>Salmonella enterica</i> serovar Typhimurium, for which we have determined the crystal structure. Both AKRs used NADPH as a cofactor, reduced a broad range of aldehydes, and showed low activities toward acetaldehyde. The crystal structures of STM2406 in complex with cacodylate or NADPH revealed the active site with bound molecules of a substrate mimic or cofactor. Site-directed mutagenesis of STM2406 and PA1127 identified the key residues important for the activity against 3-HB and aromatic aldehydes, which include the residues of the substrate-binding pocket and C-terminal loop. Our results revealed that the replacement of the STM2406 Asn65 by Met enhanced the activity and the affinity of this protein toward 3-HB, resulting in a 7-fold increase in <i>k</i><sub>cat</sub>/<i>K<sub>m</sub></i> Our work provides further insights into the molecular mechanisms of the substrate selectivity of AKRs and for the rational design of these enzymes toward new substrates.<b>IMPORTANCE</b> In this study, we identified several aldo-keto reductases with significant activity in reducing 3-hydroxybutanal to 1,3-butanediol (1,3-BDO), an important commodity chemical. Biochemical and structural studies of these enzymes revealed the key catalytic and substrate-binding residues, including the two structural determinants necessary for high activity in the biosynthesis of 1,3-BDO. This work expands our understanding of the molecular mechanisms of the substrate selectivity of aldo-keto reductases and demonstrates the potential for protein engineering of these enzymes for applications in the biocatalytic production of 1,3-BDO and other valuable chemicals.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».