Understanding the P450 enzymes essential for monolignol biosynthesis

了解木质素单体生物合成所必需的 P450 酶

基本信息

  • 批准号:
    2043248
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 77.27万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2021-01-01 至 2024-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Viable processes for sustainable energy production must be environmentally benign, reduce green-house gas production, and utilize renewable resources. Under the Energy Independence Security Act of 2007, the U.S. has established a national goal of replacing 30% of petroleum-based fuels with plant-based lignocellulosic fuels by the year 2030. However, the efficiency of currently applied methods for the manufacturing of lignocellulosic biofuels is significantly hindered by the presence of lignin in the cell wall. Lignin, a polymer formed from the oxidative polymerization of monolignol and related compounds, shields cellulose from processing with hydrolytic enzymes, posing a major challenge to economically viable biofuel production. The proposed research will provide the fundamental knowledge necessary to tune the chemical composition of the cell walls of plants for optimal use in biofuel production. The broader impacts, beyond application to biofuel production, include the training of undergraduate and graduate students in multidisciplinary and quantitative methods. The accumulated knowledge resulting from this research will guide the formulation of efficient enzymes for the biosynthesis of lignin with properties that make it more amenable to biofuel production. The PIs target sorghum specifically, but the results will be generally applicable to most monolignol pathways in a majority of commercially important crop/forestry species. The study uses state-of-the-art single molecule methods, X-ray crystallography, spectroscopy, and thermochemical techniques to develop a detailed framework that describes critical oxidative steps within the monolignol biosynthetic pathway. The work proposed will focus on: (1) protein-protein interaction between the P450s in the pathway (C4H, C3’H, and F5H) and their primary redox partner cytochrome P450 reductase (CPR), (2) the substrate specificity of the targeted P450s, (3) the effect of redox state and substrate-binding on the complex formation of P450-CPR and C4H-PAL. This study will provide the knowledge necessary to be able to tune the chemical composition of cell walls for use in biofuel and feedstock production.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
可行的可持续能源生产过程必须对环境无害,减少温室气体的产生,并利用可再生资源。根据2007年的《能源独立安全法案》,美国制定了到2030年用植物基木质纤维素燃料取代30%的石油基燃料的国家目标。然而,目前应用的用于制造木质纤维素生物燃料的方法的效率受到细胞壁中木质素的存在的显著阻碍。木质素是一种由木质素单体和相关化合物氧化聚合形成的聚合物,可以保护纤维素免受水解酶的加工,这对经济可行的生物燃料生产构成了重大挑战。拟议的研究将提供必要的基础知识,以调整植物细胞壁的化学成分,使其在生物燃料生产中得到最佳利用。除了应用于生物燃料生产之外,更广泛的影响还包括对本科生和研究生进行多学科和定量方法的培训。 从这项研究中积累的知识将指导制定有效的酶的生物合成木质素的性质,使其更适合生物燃料生产。PI专门针对高粱,但结果通常适用于大多数商业上重要的作物/林业物种中的大多数单分子途径。该研究使用最先进的单分子方法,X射线晶体学,光谱学和热化学技术来开发一个详细的框架,描述monolithyl生物合成途径中的关键氧化步骤。 本论文的主要工作包括:(1)P450与其主要氧化还原伙伴细胞色素P450还原酶(CPR)之间的蛋白质-蛋白质相互作用;(2)靶向P450的底物特异性;(3)氧化还原状态和底物结合对P450-CPR和C4H-PAL复合物形成的影响。这项研究将提供必要的知识,以便能够调整细胞壁的化学成分,用于生物燃料和原料生产。该奖项反映了NSF的法定使命,并已被认为是值得通过使用基金会的智力价值和更广泛的影响审查标准进行评估的支持。

项目成果

期刊论文数量(8)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
A sorghum ascorbate peroxidase with four binding sites has activity against ascorbate and phenylpropanoids
具有四个结合位点的高粱抗坏血酸过氧化物酶具有抗坏血酸和苯丙素的活性
  • DOI:
    10.1093/plphys/kiac604
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    7.4
  • 作者:
    Zhang, Bixia;Lewis, Jacob A;Vermerris, Wilfred;Sattler, Scott E;Kang, ChulHee
  • 通讯作者:
    Kang, ChulHee
X-ray Crystallography: Seeding Technique with Cytochrome P450 Reductase
X 射线晶体学:使用细胞色素 P450 还原酶的接种技术
  • DOI:
    10.21769/bioprotoc.4546
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0.8
  • 作者:
    Zhang, Bixia;Lewis, Jacob;Hazra, Rishi;Kang, ChulHee
  • 通讯作者:
    Kang, ChulHee
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