Dynamics of metal complex binding in relation to catalytic activity and selectivity of an artificial metalloenzyme

Structural dynamics is important in enzymes to achieve optimal complementarity to the activated complex  of the catalyzed reaction and, hence, give rise to rate acceleration and (enantio)selectivity. Here, we present  an  artificial  metalloenzyme  based  on  the  transcriptional  regulator  LmrR  that  exhibits  a  unique  form  of  structural dynamics involving the positioning of its abiological metal cofactor. The position of the cofactor,  in  turn, was  found  to be  related  to  the preferred catalytic  reactivity, which is either  the enantioselective  Friedel‐Crafts  alkylation  of  indoles  with  β‐substituted  enones  or  the  tandem  Friedel‐Crafts  alkylation  /  enantioselective protonation of indoles with α ‐substituted enones. The artificial metalloenzyme could be  specialized for one of these catalytic reactions by introducing a single mutation in the protein. The switching  of catalytic activity by dynamic interconversion of the position of a metal cofactor has not been described for  natural enzymes and, to date, appears to be unique to supramolecularly assembled artificial metalloenzymes.