Verwendung der Struktur und Dynamik der Squalen‐Hopen‐Zyklase für die (−)‐Ambroxid Produktion**

Abstract

AbstractTerpen‐Zyklasen bergen enormes synthetisches Potenzial, da sie in der Lage sind, komplexe Kohlenwasserstoffgerüste aus achiralen Ausgangsstoffen in einer einzigen kationischen Umlagerungskaskade zu generieren. Dieses synthetische Potenzial nutzbar zu machen, erwies sich jedoch aufgrund ihrer allgemein geringen katalytischen Leistung als schwierig. In dieser Studie enthüllen wir das katalytische Potenzial der Squalen‐Hopen‐Zyklase (SHC), indem wir uns ihre Proteinstruktur und Dynamik zunutze machen. Zunächst haben wir das aktive Zentrum und den Eingangstunnel des Enzyms synergistisch evolviert, um damit eine 397‐fach verbesserte (−)‐Ambroxid‐Synthase zu erzeugen. Unsere computergestützten Untersuchungen erklären, wie die eingeführten Mutationen zusammenarbeiten, um die Substrataufnahme, den Fluss und die Vorfaltung zu verbessern. Kinetische Untersuchungen zeigten jedoch eine Terpen‐induzierte Inaktivierung der membrangebundenen SHC als Hauptlimitierung für die Biokatalyse in vivo. Indem diese Erkenntnisse mit der verbesserten und stereoselektiven Katalyse des Enzyms kombinierten wurden, konnte eine Fütterungsstrategie angewendet werden, um 105 katalytische Umsätze zu übertreffen. Diese Ergebnisse haben das Potenzial die Lücke für eine breitere Anwendung von SHCs in der synthetischen Chemie zu schließen.