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Sci Rep:中科院天津所与南开大学发布研究论文

摘要 : Scientific Reports发表中国科学院天津工业生物技术研究所进化与代谢工程研究组与南开大学林建平研究组合作的研究论文,论文介绍己二酸生物合成关键酶设计优化和应用取得新进展。

 Scientific Reports发表中国科学院天津工业生物技术研究所进化与代谢工程研究组与南开大学林建平研究组合作的研究论文,论文介绍己二酸生物合成关键酶设计优化和应用取得新进展。天津工生所毕业博士研究生韩丽为论文的第一作者。

己二酸是一种重要的二元酸,主要作为单体用于尼龙等聚合材料的合成。目前己二酸主要通过化学法生产,其原料来源于石油基产品,并且硝酸氧化过程会对环境带来严重影响,因此生物法合成己二酸受到人们广泛关注。要实现己二酸的生物合成,获得高效的合成酶是关键。最近,中国科学院天津工业生物技术研究所进化与代谢工程研究组与南开大学林建平研究组合作,对己二酸生物合成途径中的重要关键酶儿茶酚1,2-双加氧酶进行了理性设计和优化改造,有效提升了己二酸前体物粘康酸的产量。

儿茶酚1,2-双加氧酶可将儿茶酚转化为粘康酸,然后经过化学氢化获得己二酸(图1)。为了提高和改善儿茶酚1,2-双加氧酶的性能,基于Acinetobacter sp. ADP1的儿茶酚1,2-双加氧酶CatA的蛋白晶体结构信息,通过分子建模确认G72、L73和P76是影响酶活的关键氨基酸残基,定点突变发现L73F、P76A以及L73F/P76A可以有效提高突变体的酶活,最高达10倍左右。进一步的动力学表征也显示突变可以增加酶的反应速度。发酵实验表明,突变体相比出发株粘康酸产量提高超过25%。进一步计算模拟解析了突变的分子机制,研究发现引入突变后可以使酶的底物结合腔变大,从而导致底物容易进入结合腔,加快酶反应速度,增加酶活性(图2)。

图1 己二酸生物合成途径

图2 野生型CatA及其突变体结合腔示意图(蓝色的网代表结合腔)

原文链接:

Engineering catechol 1, 2-dioxygenase by design for improving the performance of the cis, cis-muconic acid synthetic pathway in Escherichia coli

原文摘要:

Regulating and ameliorating enzyme expression and activity greatly affects the performance of a given synthetic pathway. In this study, a new synthetic pathway forcis, cis-muconic acid (ccMA) production was reconstructed without exogenous induction by regulating the constitutive expression of the important enzyme catechol 1,2-dioxygenase (CatA). Next, new CatAs with significantly improved activities were developed to enhance ccMA production using structure-assisted protein design. Nine mutations were designed, simulated and constructed based on the analysis of the CatA crystal structure. These results showed that mutations at Gly72, Leu73 and/or Pro76 in CatA could improve enzyme activity, and the activity of the most effective mutant was 10-fold greater than that of the wild-type CatA from Acinetobacter sp. ADP1. The most productive synthetic pathway with a mutated CatA increased the titer of ccMA by more than 25%. Molecular dynamic simulation results showed that enlarging the entrance of the substrate-binding pocket in the mutants contributed to their increased enzyme activities and thus improved the performance of the synthetic pathway.

来源: Scientific Reports 浏览次数:0

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