构建多酶复合体强化异戊二烯生物合成

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作者 孙慧 屈虹男 +3 位作者 孙甲琛 张根林 贾海洋 李春 《化工学报》 北大核心 2025年第7期3436-3445,共10页

针对大肠杆菌细胞工厂合成异戊二烯存在前体不足、有毒中间代谢物积累、产物流失等问题,利用合成生物学和代谢工程的方法,在大肠杆菌体内表达银白杨(Populus alba)来源的异戊二烯合酶,并通过多顺反子的形式过表达Dxs、Dxr和IspD的单个... 针对大肠杆菌细胞工厂合成异戊二烯存在前体不足、有毒中间代谢物积累、产物流失等问题,利用合成生物学和代谢工程的方法,在大肠杆菌体内表达银白杨(Populus alba)来源的异戊二烯合酶,并通过多顺反子的形式过表达Dxs、Dxr和IspD的单个或多个基因,强化大肠杆菌内源的MEP途径。为缩短中间代谢产物在酶分子间的运输距离及时间,增强途径的底物隧道效应,运用蛋白支架策略将MEP途径中Dxs、Dxr和IspD酶进行共区域化,构建异戊二烯合成的多酶复合体,获得的工程菌株BL21(DE3)-ScaS,异戊二烯产量达到24 mg/L,较游离酶形式的工程菌株BL21(DE3)-FreeS的产量提高了35.7%。并通过工程菌株BL21(DE3)-ScaS质粒稳定性研究,发现发酵过程中补加抗生素能够显著提高不相容性重组质粒pET28a-DxsDxrIspD与pET21b-GSP-IspS的稳定性。同时,利用通量平衡分析(flux balance analysis,FBA)探究合成途径中关键酶的代谢通量分布情况,从理论层面证明了上述策略的有效性,为异戊二烯微生物细胞工厂的开发及应用提供了参考。 展开更多

关键词 异戊二烯 异戊二烯合酶 蛋白支架 多酶复合体 大肠杆菌

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高能燃料前体α-红没药烯的生物制造过程优化

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作者 马治东 张亚鹏 +5 位作者 高慧鹏 李文强 吕波 秦磊 张全 李春 《化工学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第12期4702-4711,F0004,共11页

α-红没药烯是一种主要存在于红没药、柠檬等植物精油中的倍半萜化合物,因具备多支链、环状结构,其烷化产物红没药烷可作为航空燃料替代品,受到了国内外的广泛关注。以酿酒酵母为底盘细胞来合成α-红没药烯是一种绿色、可持续的备选生... α-红没药烯是一种主要存在于红没药、柠檬等植物精油中的倍半萜化合物,因具备多支链、环状结构,其烷化产物红没药烷可作为航空燃料替代品,受到了国内外的广泛关注。以酿酒酵母为底盘细胞来合成α-红没药烯是一种绿色、可持续的备选生产方式。本研究在强化甲羟戊酸(mevalonate,MVA)合成途径的酿酒酵母中表达来自北美冷杉的α-红没药烯合酶AgBIS,利用葡萄糖诱导型启动子PHXT1对支路鲨烯合酶及脂肪酸合成途径进行动态下调,进一步系统增强MVA途径多个基因表达,并对辅因子供应与乙醇利用途径进行强化,使α-红没药烯在摇瓶中的产量达到510 mg/L。在3 L发酵罐中,通过乙醇补料发酵使α-红没药烯产量达到16.5 g/L,为目前报道的最高产量。本研究为微生物细胞工厂高效合成α-红没药烯提供了有效策略。 展开更多

关键词 α-红没药烯 酿酒酵母 代谢工程 微生物细胞工厂 合成生物学

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UDP-糖生物合成的研究进展

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作者 陈归航 李春 冯旭东 《生物学杂志》 CAS CSCD 北大核心 2023年第2期95-100,共6页

尿苷二磷酸(UDP)-糖是糖基化修饰利用的一类重要糖供体,从合酶途径、磷酸化酶途径和激酶途径总结UDP-糖的体内合成过程,由于关键酶的缺乏,只有UDP-葡萄糖(UDP-Glc)能从以上3种途径快速合成。通过特定功能酶能够实现UDP-糖之间快速转化,... 尿苷二磷酸(UDP)-糖是糖基化修饰利用的一类重要糖供体,从合酶途径、磷酸化酶途径和激酶途径总结UDP-糖的体内合成过程,由于关键酶的缺乏,只有UDP-葡萄糖(UDP-Glc)能从以上3种途径快速合成。通过特定功能酶能够实现UDP-糖之间快速转化,这种转化以UDP-葡萄糖为起始物,以UDP-葡萄糖醛酸(UDP-GlcA)为中间体,在此基础上,概述特定功能酶催化UDP-糖合成的最新进展,探讨脱氢酶、脱羧酶、异构酶和还原酶在UDP-糖转化中的重要作用。最后,剖析UDP-糖合成的现存问题,展望UDP-糖合成的未来研究方向,旨在为更快地挖掘UDP-糖基供体的作用潜能和实现更加高效低成本的糖基化修饰提供新思路。 展开更多

关键词 UDP-糖 生物合成 脱氢酶 脱羧酶 异构酶 还原酶

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强化鼠李糖合成途径基因调控丁烯基多杀菌素合成的研究

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作者 李新颖 王靖楠 +3 位作者 郭超 庞建 李春 王超 《中国抗生素杂志》 CSCD 北大核心 2024年第12期1384-1391,共8页

目的探究鼠李糖合成途径基因强化对须糖多孢菌生长及丁烯基多杀菌素合成的影响及调控机制。方法在Saccharopolyspora pogona ASAGF58中过表达鼠李糖合成途径基因,并且在发酵培养基中添加不同浓度鼠李糖探究其对须糖多孢菌生长和次级代... 目的探究鼠李糖合成途径基因强化对须糖多孢菌生长及丁烯基多杀菌素合成的影响及调控机制。方法在Saccharopolyspora pogona ASAGF58中过表达鼠李糖合成途径基因,并且在发酵培养基中添加不同浓度鼠李糖探究其对须糖多孢菌生长和次级代谢的影响。利用qRT-PCR对23个合成途径基因以及菌株生长相关基因的转录水平进行比较,挖掘影响产量的关键基因。结果通过过表达鼠李糖合成途径基因,得到3株高产菌株Rha1、Rha2和Rha3,丁烯基多杀菌素产量分别提高1.82倍、2.12倍和2.54倍。结论优化鼠李糖供应能促进丁烯基多杀菌素的合成,其中葡萄糖核苷转移酶gtt和鼠李糖基转移酶busG可能是影响丁烯基多杀菌素合成的关键基因。 展开更多

关键词 须糖多孢菌 丁烯基多杀菌素 鼠李糖基合成基因 工程菌构建 高产机制

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CRISPR技术在链霉菌细胞工厂中的应用和优化 被引量：1

5

作者 李新颖 苏畅 +3 位作者 郭超 庞建 王超 李春 《化工学报》 北大核心 2025年第3期922-932,共11页

链霉菌底盘细胞的开发是微生物源药物高效合成的有效策略,高效的基因编辑工具为构建链霉菌细胞工厂提供了有力的技术支撑。CRISPR(clustered regularly interspaced short palindromic repeats)技术具有精准性、普适性和易操作性,在微... 链霉菌底盘细胞的开发是微生物源药物高效合成的有效策略,高效的基因编辑工具为构建链霉菌细胞工厂提供了有力的技术支撑。CRISPR(clustered regularly interspaced short palindromic repeats)技术具有精准性、普适性和易操作性,在微生物中得到了广泛的应用。然而脱靶效应、Cas蛋白毒性、编辑效率低下等原因,导致CRISPR在链霉菌中的应用受到一定的限制。对CRISPR相关技术在链霉菌中的应用及优化策略进行了总结和归纳,并对CRISPR系统在链霉菌细胞工厂中的应用前景进行了展望,为开发适用于链霉菌的高效基因编辑工具提供了参考。 展开更多

关键词 CRISPR 链霉菌 基因编辑 生物技术 优化策略

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鼠李糖甲基化相关基因的组合表达调控丁烯基多杀菌素的合成

6

作者 苏畅 郭超 +4 位作者 李新颖 陈霞 庞建 王超 张根林 《食品与发酵工业》 北大核心 2025年第16期43-50,共8页

绿色生物杀虫剂丁烯基多杀菌素具有广谱高效的杀虫活性,在农作物生产、粮食贮藏等方面有着极大的应用前景,高生产性能菌株的选育是实现工业化生产的关键所在。在丁烯基多杀菌素生物合成过程中S-腺苷甲硫氨酸(S-adenosylmethionine,SAM)... 绿色生物杀虫剂丁烯基多杀菌素具有广谱高效的杀虫活性,在农作物生产、粮食贮藏等方面有着极大的应用前景,高生产性能菌株的选育是实现工业化生产的关键所在。在丁烯基多杀菌素生物合成过程中S-腺苷甲硫氨酸(S-adenosylmethionine,SAM)作为甲基供体,在3种不同的O-甲基转移酶作用下对鼠李糖基团进行甲基化修饰,O-甲基转移酶及SAM供给充足,对丁烯基多杀菌素的合成极为重要。该研究通过外源添加SAM发酵实验、内源SAM合酶挖掘与活性表征、metK和O-甲基转移酶基因协同表达来探究鼠李糖甲基化及相关基因对丁烯基多杀菌素合成的影响。结果表明,metK和O-甲基转移酶基因的组合过表达工程菌株发酵验证获得3株高产工程菌株I-1、I-2和H-1,产量分别提高3.17、2.21、1.43倍。菌株I-1中busI和metK 1的过表达调控促进了菌株的生长代谢和底物的消耗,从而更高效合成丁烯基多杀菌素。该研究阐明了鼠李糖甲基化相关基因对丁烯基多杀菌素合成的影响,为基因工程改造须糖多孢菌促进目标产物合成提供了参考。 展开更多

关键词 须糖多孢菌 丁烯基多杀菌素 粮食贮藏 虫害防治 O-甲基转移酶 S-腺苷甲硫氨酸

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胞内生物传感器提高微生物细胞工厂的精细调控 被引量：4

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作者 孙怡 张腾 +1 位作者 吕波 李春 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第2期521-534,共14页

在当今倡导化合物绿色制造的背景下,利用微生物细胞工厂合成新化合物或提高化合物的产量是绿色化工技术发展的重要方向之一。但目标化合物的低产是微生物细胞工厂合成的常见问题。解决这个瓶颈的有效方法之一是在微生物细胞中设计生物... 在当今倡导化合物绿色制造的背景下,利用微生物细胞工厂合成新化合物或提高化合物的产量是绿色化工技术发展的重要方向之一。但目标化合物的低产是微生物细胞工厂合成的常见问题。解决这个瓶颈的有效方法之一是在微生物细胞中设计生物传感器来监测和调控化合物的生物合成。详细介绍了胞内生物传感器的种类和作用机制,重点阐释了生物传感器如何与微生物细胞工厂中产物合成途径设计相结合,从而提高细胞工厂的精细调控和目标产物的合成能力。最后还讨论了目前胞内生物传感器设计所面临的挑战和可行的解决方案。 展开更多

关键词 胞内生物传感器 微生物细胞工厂 精细调控 绿色生物制造 合成生物学

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微生物细胞工厂中代谢途径动态调控策略与网络构建 被引量：4

8

作者 胥健萍 王颖 +1 位作者 李春 周晓宏 《化工进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第12期6511-6521,共11页

微生物细胞工厂生产目标产物时会面临营养物质消耗、代谢物积累、异源途径压力和遗传不稳定等问题,导致代谢失衡,因此需要对细胞代谢途径重新进行设计,使代谢途径根据发酵等环境条件的变化自动调节代谢通量,达到高效生产。本文首先介绍... 微生物细胞工厂生产目标产物时会面临营养物质消耗、代谢物积累、异源途径压力和遗传不稳定等问题,导致代谢失衡,因此需要对细胞代谢途径重新进行设计,使代谢途径根据发酵等环境条件的变化自动调节代谢通量,达到高效生产。本文首先介绍了动态调控元件的主要类型、调控机制及其应用,重点讲述了与诱导物或诱导因素作用的蛋白质转录因子调控元件和RNA核糖开关调控元件;并且从转录因子与启动子序列两个方面介绍了动态调控元件的设计与改造策略;随后总结了诱导调控元件应用于代谢途径动态调控网络构建的策略,基因表达调控已从单输入信号调控转向多输入信号逻辑门调控,通过多重诱导输入信号的逻辑门和闭环代谢物反馈回路构建更精确的动态调控网络。 展开更多

关键词 诱导调控元件 基因开关 逻辑门 反馈回路 动态调控网络

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植物天然产物氧化与微生物制造 被引量：1

9

作者 张昕哲 孙文涛 +1 位作者 吕波 李春 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第7期2790-2805,共16页

在植物天然产物合成过程中,氧化反应是其中的关键反应,氧化酶是催化氧化反应不可或缺的生物催化剂,也是利用微生物合成植物天然产物过程中不可或缺的关键酶。介绍了萜类、生物碱、黄酮等植物天然产物骨架的氧化修饰,按照辅基的差异对合... 在植物天然产物合成过程中,氧化反应是其中的关键反应,氧化酶是催化氧化反应不可或缺的生物催化剂,也是利用微生物合成植物天然产物过程中不可或缺的关键酶。介绍了萜类、生物碱、黄酮等植物天然产物骨架的氧化修饰,按照辅基的差异对合成植物天然产物过程中的氧化酶进行分类介绍,阐释了不同辅基参与氧化反应的机理。此外,还介绍了植物天然产物氧化过程在微生物合成过程中的难点,以及提高氧化酶催化效率的方法。最后,对未来合成生物学中氧化酶在微生物合成植物天然产物领域的前景进行了展望。 展开更多

关键词 植物天然产物 氧化修饰 氧化酶 酶工程

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GH79家族糖苷水解酶分子进化关系和蛋白结构研究 被引量：1

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作者 陈泉冰 曹伟洁 +1 位作者 李春 吕波 《生物技术通报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第1期104-114,共11页

GH79家族的糖苷水解酶在碳水化合物改性、细胞免疫识别和信号传导等方面具有广泛的生理活性和重要的应用前景。然而,目前GH79家族的多样性催化机理仍不清楚,识别底物的结构基础和分子机制尚不清晰。本文总结了近几年GH79家族的研究进展... GH79家族的糖苷水解酶在碳水化合物改性、细胞免疫识别和信号传导等方面具有广泛的生理活性和重要的应用前景。然而,目前GH79家族的多样性催化机理仍不清楚,识别底物的结构基础和分子机制尚不清晰。本文总结了近几年GH79家族的研究进展,系统分析了GH79家族酶的来源与分布,通过对酶的序列特征、分子进化关系、蛋白结构解析等方面进行深入阐述,旨在为后续的GH79家族的蛋白质工程和功能催化机制的解析奠定基础。 展开更多

关键词 GH79家族 催化机理 分子进化 结构解析

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智能抗逆微生物细胞工厂与绿色生物制造 被引量：9

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作者 许可 王靖楠 李春 《合成生物学》 2020年第4期427-439,共13页

绿色生物制造作为新的工业模式,在其发酵过程中,生物转化效率往往被环境变化或代谢失衡引起的一系列逆境胁迫所限制,导致细胞工厂生长缓慢、产量下降、生产能耗大幅升高等,严重制约着产业的发展。构建在多重胁迫因子条件下具有良好表现... 绿色生物制造作为新的工业模式,在其发酵过程中,生物转化效率往往被环境变化或代谢失衡引起的一系列逆境胁迫所限制,导致细胞工厂生长缓慢、产量下降、生产能耗大幅升高等,严重制约着产业的发展。构建在多重胁迫因子条件下具有良好表现的智能抗逆微生物细胞工厂,为绿色生物制造迎来了新的机遇。本文介绍了绿色生物制造过程中微生物细胞工厂面临的胁迫因子及其胁迫机理,综述了提高微生物细胞工厂耐受性的主要策略,包括非理性技术增强细胞自身防御系统及以工程化思维、借助合成生物学技术有针对性地设计并集成抗逆基因线路,重编程微生物细胞工厂提高其抗逆能力,最后对智能抗逆微生物细胞工厂在生物医药、大宗化学品、食品等绿色生物制造涉及领域的应用进行展望。期待本文为实现细胞工厂对环境胁迫的应答与智能调节提供新的研究思路。 展开更多

关键词 逆境胁迫 抗逆基因线路 智能响应 微生物细胞工厂 绿色生物制造

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酵母细胞催化合成18α-甘草酸

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作者 邢登雪 张良 +4 位作者 李文强 梁建华 秦磊 张根林 李春 《化工学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第9期3266-3276,共11页

18α-甘草酸(18α-GL)是一种齐墩果烷型皂苷,比其差向异构体18β-GL极性小、亲脂性好,更强的抗毒抗炎作用和更高的肝脏靶向性使18α-GL成为保肝护肝领域的主要药物成分。但目前18α-GL的制备方法污染大、效率低,亟需开发一种绿色简单地... 18α-甘草酸(18α-GL)是一种齐墩果烷型皂苷,比其差向异构体18β-GL极性小、亲脂性好,更强的抗毒抗炎作用和更高的肝脏靶向性使18α-GL成为保肝护肝领域的主要药物成分。但目前18α-GL的制备方法污染大、效率低,亟需开发一种绿色简单地合成18α-GL的方法。利用酵母细胞异源表达糖基转移酶,通过全细胞催化方式鉴定出可催化18α-甘草次酸(18α-GA)特异性合成18α-单葡萄糖醛酸甘草次酸(18α-GAMG)的糖基转移酶cGuCSyGT和催化18α-GAMG特异性合成18α-GL的糖基转移酶GgUGT1。进一步运用蛋白质结构预测和分子动力学模拟探究cGuCSyGT对18α-GA的催化活性比18β-GA低的原因。最后采用优化底物添加浓度、底盘细胞、底物添加时间、反应时间、培养基成分补加和底物溶剂的策略构建了酵母催化合成18α-GAMG和18α-GL的最优工艺,使18α-GAMG和18α-GL的产量分别达到(36.38±1.87)mg/L和(39.32±0.75)mg/L。本研究实现了18α-GAMG和18α-GL的微生物催化合成,可为18α-GL的微生物全合成提供理论基础和技术支撑。 展开更多

关键词 甘草 18Α-甘草酸 18α-单葡萄糖醛酸甘草次酸 糖基转移酶 酵母细胞催化

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微生物合成高级醇的发展趋势与挑战

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作者 方馨仪 孙丽超 +2 位作者 霍毅欣 王颖 岳海涛 《合成生物学》 2025年第4期873-898,共26页

高级醇是指含有三个或以上碳原子的醇类。传统高级醇的生产主要依赖于石化资源,然而其不可再生性限制了相关产业的发展,因此开发可持续的生物基高级醇生产技术成为研究热点。本文综述了高级醇的市场规模、主要应用领域及其经济价值,并... 高级醇是指含有三个或以上碳原子的醇类。传统高级醇的生产主要依赖于石化资源,然而其不可再生性限制了相关产业的发展,因此开发可持续的生物基高级醇生产技术成为研究热点。本文综述了高级醇的市场规模、主要应用领域及其经济价值,并重点分析了异丁醇、1,3-丁二醇和2,3-丁二醇的市场表现。进一步探讨了高级醇的生物合成路径,包括乙酰辅酶A依赖途径、支链氨基酸合成途径和脂肪酸链延长途径,同时总结了代谢工程优化策略,如辅因子平衡调节、竞争途径敲除、酶优化及高产菌株筛选。此外,本文还综述了基于新技术的多维度优化策略,未来有望通过生物传感器、高效基因编辑和计算机辅助代谢工程等技术的结合,进一步优化微生物细胞工厂的设计,有助于提高高级醇的工业化生产效率,为可再生能源和绿色化学工业的发展提供重要支持。 展开更多

关键词 生物燃料 高级醇 合成途径 代谢工程 合成生物学

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丁烯基多杀菌素高产菌株的选育和改造策略 被引量：4

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作者 王靖楠 庞建 +4 位作者 秦磊 郭超 吕波 李春 王超 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第2期566-576,共11页

丁烯基多杀菌素(butenyl-spinosyn)是一种由须糖多孢菌(Saccharopolyspora pogona)产生的杀虫剂,兼具生物农药的安全性和化学农药的速效性。当前,野生型须糖多孢菌合成丁烯基多杀菌素效率低,达不到工业生产要求,获得高产菌株是亟待解决... 丁烯基多杀菌素(butenyl-spinosyn)是一种由须糖多孢菌(Saccharopolyspora pogona)产生的杀虫剂,兼具生物农药的安全性和化学农药的速效性。当前,野生型须糖多孢菌合成丁烯基多杀菌素效率低,达不到工业生产要求,获得高产菌株是亟待解决的问题。目前关于丁烯基多杀菌素的相关研究较少,由刺糖多孢菌(Saccharopolyspora spinosa)产生的多杀菌素是丁烯基多杀菌素的结构类似物,具有相似的生物合成途径,本文介绍了两者的基本特性,借鉴多杀菌素的研究经验总结了丁烯基多杀菌素高产菌株已有及可用的选育和改造策略,包括传统的理化诱变方法以及代谢流调控、途径基因调控、转录调控、异源表达等更加精准的基因工程方法,以期为后续丁烯基多杀菌素的深入研究提供思路。 展开更多

关键词 生物工程 分子生物学 合成生物学 丁烯基多杀菌素 多杀菌素 须糖多孢菌 诱变选育 基因工程

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甘草黄酮合酶Ⅱ催化甘草素特异性合成7,4'-二羟基黄酮 被引量：2

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作者 孙甲琛 孙文涛 +2 位作者 孙慧 吕波 李春 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第7期3202-3211,共10页

利用同源序列比对和分子进化树分析从胀果甘草转录组数据库中挖掘并成功克隆到2个黄酮合酶基因:Gur.gene26505和Gur.gene26116。经表征Gur.gene26505为黄酮合酶Ⅱ,具有催化甘草素特异性合成7,4′-二羟基黄酮的特性,而Gur.gene26116为黄... 利用同源序列比对和分子进化树分析从胀果甘草转录组数据库中挖掘并成功克隆到2个黄酮合酶基因:Gur.gene26505和Gur.gene26116。经表征Gur.gene26505为黄酮合酶Ⅱ,具有催化甘草素特异性合成7,4′-二羟基黄酮的特性,而Gur.gene26116为黄烷酮2位羟化酶,可催化甘草素生成包括7,4′-二羟基黄酮在内的三种产物。进一步通过蛋白质结构预测、分子对接和分子动力学模拟探究了黄酮合酶Ⅱ(Gur.gene26505)催化合成7,4′-二羟基黄酮特异性的原因。由于Gur.gene26505活性口袋附近特有的刚性结构β片层使大位阻苯丙氨酸残基翻转至羟化中心下方,消除了羟化产物2-羟基甘草素进入脱水中心的阻力进而发生C_(2)-C_(3)位的脱水反应特异性生成7,4′-二羟基黄酮。最后通过基因过表达、反应条件优化和强化菌体生长建立了7,4′-二羟基黄酮特异性合成的最佳细胞催化工艺,使甘草素转化率达到了76.67%。 展开更多

关键词 甘草黄酮合酶Ⅱ 甘草素 7 4′-二羟基黄酮 特异性转化 生物催化

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