鱼腥藻脂肪氧合酶催化机制及其分子改造研究
结题报告
批准号:
31671800
项目类别:
面上项目
资助金额:
62.0 万元
负责人:
吕凤霞
依托单位:
学科分类:
C2002.食品生物化学
结题年份:
2020
批准年份:
2016
项目状态:
已结题
项目参与者:
冉婷婷、王婷、钟蕾、吕云斌、卢静、钱辉、和玉军、焦琳舒
国基评审专家1V1指导 中标率高出同行96.8%
结合最新热点,提供专业选题建议
深度指导申报书撰写,确保创新可行
指导项目中标800+,快速提高中标率
客服二维码
微信扫码咨询
中文摘要
脂肪氧合酶(LOX)对小麦面粉具有强筋和漂白双重作用,可替代化学合成的面粉改良剂。前期研究中,通过定向进化鱼腥藻脂肪氧合酶(Ana-LOX)获得热稳定性和催化活性同时提高的突变体,但其催化机制尚不明确。本项目旨在通过制备Ana-LOX晶体及其与底物复合物的晶体,利用X-射线衍射法解析Ana-LOX晶体结构,研究其底物进入和产物释放通道的特点,确定酶与底物结合模式,阐明Ana-LOX催化机制,填补了国内外Ana-LOX结构信息和催化机制研究的空白。在此基础上,采用理性和半理性设计Ana-LOX催化活性改造策略,通过分子对接、分子动力学模拟等计算机辅助方法,探究酶活性中心氨基酸残基与底物之间的相互作用,确定关键催化氨基酸位点,并利用定点突变和组合活性位点饱和突变技术,获得催化活性显著提高的突变体,进一步揭示影响其催化效率的分子机制,为LOX的分子改造和酶学理论提供科学依据。
英文摘要
Lipoxygenase (LOX) plays a dual role as both bleaching and gluten strengthening, so that it could replace chemical flour improver. In previous work, we selected mutants with increased thermos-stability and catalytic activity through directed evolution of lipoxygenase from Anabaena sp. PCC 7120 (Ana-LOX), however, the catalytic mechanism is not clear. The projects aims to study characteristics of substrate entrance and product release, determine the binding mode of enzyme and substrate by preparation crystals of Ana-LOX and its enzyme-substrate complex, and analyze crystal structure through X-ray diffraction., and finally elucidate the catalytic mechanism of Ana-LOX and fill in the blanks of its structural information and catalytic mechanism at home and abroad. Moreover, we use molecular docking and molecular dynamics simulation methods to explore the interaction between amino acid residues around active site and substrate and analyze related amino acid residues of active site in catalytic channel. To verify the function of target sites, we employ rational and semi-rational strategy, especially site-directed and combinatorial active-site saturation test (CAST) to obtain mutants which catalytic ability significantly improved. In the meantime, we analyze structure activity relationship based on variation of mutants. All these results can be used to investigate the molecular mechanism which affect Ana-LOX catalytic efficiency, and provide scientific theory basis of LOX molecular engineering and enzymology theory.
脂肪氧合酶(LOX)对小麦面粉具有强筋和漂白双重作用,可替代化学合成的面粉改良剂。.前期研究中,通过定向进化鱼腥藻脂肪氧合酶(Ana-LOX)获得热稳定性和催化活性同时提高的突变体,但其催化机制尚不明确。本课题对脂肪氧合酶的晶体制备及结构解析进行了深入研究以阐明其催化机制:(1)Ana-LOX晶体制备。采取多种策略改善Ana-LOX酶蛋白贮藏稳定性差、易降解等问题。首先,更换表达载体以降低载体上融合蛋白对酶蛋白稳定性的不利影响;其次,构建Ana-LOX失活突变体以改变其活性中心构象,同时构建Ana-LOX的N端截短突变体以提高酶分子自身的结构稳定性;此外,改善酶蛋白微环境因素,调整养晶温度、沉淀剂浓度、缓冲液、以及蛋白浓度,从而提高酶蛋白的贮藏稳定性,延缓养晶过程中的蛋白降解。(2)Ana-LOX晶体衍射与结构解析。将获得的野生型Ana-LOX及其各种突变体晶体进行X射线衍射,晶体衍射分辨率均较低(> 4Å),由于Ana-LOX与其已知结构的同源蛋白相似性最高不足24%,无法通过分子置换法解析其结构。(3)PLAT-LOX融合蛋白及其突变体的构建以及晶体制备。Ana-LOX晶体衍射分辨率低可能与Ana-LOX的结构稳定性较差有关,因此,进一步尝试在Ana-LOX的N端加入PLAT结构域以稳定其整体结构。在此基础上,构建Ana-LOX半胱氨酸突变体C490A,阻止蛋白质分子间二硫键的形成而防止无规则聚集,使其可以规则地排列,从而获得待衍射的Ana-LOX突变体晶体。(4)褐鼠肠弧菌脂肪氧合酶(En-LOX)晶体结构解析及其在面粉中的应用研究。从NCBI基因库中挖掘有较高应用价值且同源性较低的细菌来源的脂肪氧合酶。其中,将表达水平高且性质稳定的En-LOX进行面粉中的应用研究,发现其具有强筋作用。培养获得了野生型En-LOX及失活突变体En-LOX-H409A晶体,其衍射分辨率大于7 Å,仍需进一步优化以提高分辨率。(5)葛仙米脂肪氧合酶(Ns-LOX)分子改造及其晶体结构分析。挖掘并表达纯化酶活力较高的Ns-LOX,经半理性设计提高了该酶的热稳定性,并培养得到衍射分辨率为3~5 Å的单晶。目前,脂肪氧合酶的晶体衍射及其结构解析工作仍在进行中,基于脂肪氧合酶结构的催化机制解析及提高催化活性的分子改造有待于进一步探索。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Consensus design for improved thermostability of lipoxygenase from Anabaena sp. PCC 7120.
改善鱼腥藻 PCC 7120 脂氧合酶热稳定性的共识设计
DOI:10.1186/s12896-018-0468-4
发表时间:2018-09-20
期刊:BMC biotechnology
影响因子:3.5
作者:Qian H;Zhang C;Lu Z;Xia B;Bie X;Zhao H;Lu F;Yang GY
通讯作者:Yang GY
DOI:--
发表时间:2017
期刊:食品科学
影响因子:--
作者:邵泽香;焦琳舒;陆兆新;别小妹;赵海珍;张充;吕凤霞
通讯作者:吕凤霞
Effects of anabaena lipoxygenase on whole wheat dough properties and bread quality.
鱼腥藻脂氧合酶对全麦面团特性及面包品质的影响
DOI:10.1002/fsn3.1782
发表时间:2020-10
期刊:Food science & nutrition
影响因子:3.9
作者:Shi K;Wang P;Zhang C;Lu Z;Chen M;Lu F
通讯作者:Lu F
Oxidative crosslinking of water-extractable wheat arabinoxylans by recombinant lipoxygenase and its effect on bread properties
重组脂氧合酶氧化交联水提小麦阿拉伯木聚糖及其对面包特性的影响
DOI:10.1016/j.lwt.2018.12.077
发表时间:2019
期刊:LWT-Food Science and Technology
影响因子:6
作者:Zhang Chong;Wang Pei;Yang Jie;Ren Di;Lu Zhaoxin;Zhao Haizhen;Lu Fengxia
通讯作者:Lu Fengxia
氧化还原酶DADH和AKR13B3催化DON解毒的底物选择性机制及其分子改造研究
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    54万元
  • 批准年份:
    2022
  • 负责人:
    吕凤霞
  • 依托单位:
地衣芽孢杆菌L-天冬酰胺酶底物特异性机制及其分子改造研究
  • 批准号:
    31871742
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万元
  • 批准年份:
    2018
  • 负责人:
    吕凤霞
  • 依托单位:
鱼腥藻脂肪氧合酶热稳定性提高及其分子机理研究
  • 批准号:
    31470095
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    30.0万元
  • 批准年份:
    2014
  • 负责人:
    吕凤霞
  • 依托单位:
重组鱼腥藻脂肪氧合酶的面粉强筋机理研究
  • 批准号:
    31071605
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    35.0万元
  • 批准年份:
    2010
  • 负责人:
    吕凤霞
  • 依托单位:
国内基金
海外基金