北理工“生物轉化與合成生物系統”研究團隊在生物化學國際知名期刊發表文章
發布日期：2017-12-28 供稿：化學與化工學院 馮旭東
編輯：秦月 審核：趙文祥 閱讀次數：在國家杰出青年科學基金、國家自然科學青年基金項目的資助下，北京理工大學化學與化工學院“生物轉化與合成生物系統”研究團隊李春教授課題組在生物化學國際知名期刊《Journal of Biological Chemistry》雜志上發表題為“Structure-guided engineering of the substrate specificity of a fungal β-glucuronidase toward triterpenoid saponins” 的研究論文。這項研究由北京理工大學化學與化工學院李春教授課題組與中科院生物物理所江濤研究員課題組合作完成。文章鏈接：http://www.jbc.org/cgi/doi/10.1074/jbc.M117.801910
圖1. PGUS酶的晶體結構及其關鍵活性區域
萜烯類糖苷化合物是一類重要的天然產物，因其具有重要的生物活性和藥用價值被廣泛地應用于醫藥、食品和精細化工等領域。相比化學合成糖苷存在立體選擇性差、工藝復雜等問題，酶在催化合成糖苷過程中具有良好的立體選擇性。β-葡萄糖醛酸苷酶（GUS）屬于糖苷水解酶家族GH1，GH2和GH79家族，能特異性水解D-葡糖醛酸糖基與苷元之間的β-糖苷鍵，在代謝性疾病的診斷和藥物開發中均有重要的應用。目前科學家已經發現并解析了來源于人和細菌的GUS酶的晶體結構（Science, 2010. 330(6005): 831-835; Nature Structural Biology, 1996. 3(4): 375-81），本課題組在國際上首次解析了來自真菌的β-葡萄糖醛酸苷酶的結構及其與天然底物的識別催化機制。
圖2. PGUS酶特異性水解GL生產GAMG和GA的結構機理
在本研究中，研究人員利用基因組數據挖掘、目標基因表達及其酶的高效制備、蛋白質純化與晶體學研究，解析了來源于真菌Aspergillus oryzae中的β-葡萄糖醛酸苷酶 (PGUS)及其與產物單葡萄糖醛酸基甘草次酸（GAMG）的復合物晶體結構，揭示了PGUS在活性中心的疏水底物通道、催化關鍵活性口袋的區域結構，其序列與結構分析顯示屬于糖苷水解酶GH2家族。酶學性質表征PGUS具有嚴格的糖基特異性和寬泛的苷元適應性的分子機制，進一步通過結構比較，研究團隊對PGUS進行了分子理性設計（圖2）。在底物結合口袋中建立了其飽和突變文庫，通過篩選獲得的一系列突變酶，能夠特異的催化水解甘草酸(GL)生產GAMG，底物特異性>95%，為進一步進行糖苷酶的分子改造提供了啟示。該研究成果將有利于蛋白質工程策略構建更高效的特異性糖苷水解酶，為酶法合成甘草次酸衍生物類藥物提供性質更優良的酶源。
生物轉化與合成生物系統研究團隊自2005年在北理工成立以來，專注于抗逆生物催化和合成生物學的研究，已在Metab Eng、Curr Opin Biotech、AIChE J、JBC、Chem Eng Sci、Chem Eng J、ACS Synth Biol、Nucleic Acids Res、Ind Eng Chem Res和Bioresource Technol等生物化學工程與化學工程領域的頂級期刊上發表文章120余篇，獲授權發明專利21項，獲省部級科技獎勵5項。課題組致力于利用合成生物技術和酶催化技術革新傳統微生物發酵與生物轉化模式，將繼續開展天然產物合成途徑的構建、路徑的優化與精確調控和生物過程集成的研究，為實現綠色、高效的藥物、生物基化學品的生物制造提供新思路和新方法。
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