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Fe(II)/2-OG依赖型双加氧酶催化游离氨基酸选择性羟基化的分子机制及其功能调控
结题报告
批准号:
21676120
项目类别:
面上项目
资助金额:
64.0 万元
负责人:
聂尧
依托单位:
学科分类:
B0812.生物化工与合成生物工程
结题年份:
2020
批准年份:
2016
项目状态:
已结题
项目参与者:
黄远鹏、韩业慧、金亮、王馨叶、孙太强、景晓冉、邓怡、梁晨
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中文摘要
Fe(II)/2-OG依赖型双加氧酶的反应多样性使其广泛用于不同化学结构医药中间体的合成,建立该类酶与反应必需辅助因子和共底物协同作用的共性反应体系,对于重要医药中间体的广谱性高效生物合成具有重要意义。如何基于结构认知探究Fe(II)/2-OG依赖型双加氧酶与反应必需配体分子之间的选择性识别和作用机制,并针对目标反应调控强化功能酶的催化性能,是基于Fe(II)/2-OG依赖型双加氧酶建立共性反应的关键科学问题。本项目拟针对Fe(II)/2-OG依赖型双加氧酶催化游离氨基酸选择性羟基化反应,采用新型生物信息学和分子模拟相结合的功能酶基因探矿方法,挖掘新型功能酶;基于底物广谱性表征,解析Fe(II)/2-OG依赖型双加氧酶选择性识别游离氨基酸及催化位置选择性羟基化的分子机制;基于热点设计策略,拓展和强化催化性能,为生物合成羟基化衍生类重要医药中间体广谱开发共性技术体系的建立提供理论和实践基础。
英文摘要
Fe(II)/2-OG-dependent dioxygenase has been widely used in synthesis of active pharmaceutical ingredients of various chemical structures, due to its catalytic diversity of reaction type. Establishment of the general reaction system involving synergistic interactions between the functional enzyme and necessary ligands including cofactors and co-substrates would be important for highly efficient synthesis of different pharmaceutical intermediates in an extensive way. Structure-based understanding the molecular mechanism of selective recognition and interaction between Fe(II)/2-OG-dependent dioxygenase and the ligands and even function regulation of the enzyme towards target reactions would be the key issues for building the general catalytic system of Fe(II)/2-OG-dependent dioxygenase. Concerning Fe(II)/2-OG-dependent dioxygenase catalyzing selective hydroxylation of free amino acids, this research is to discover new enzymes by the approach combining bioinformatics and molecular modelling to mine sequence databases, to solve the molecular mechanism of Fe(II)/2-OG-dependent dioxygenase binding the substrates of free amino acids and catalyzing their hydroxylation selectively, and to enhance the availability of newly discovered Fe(II)/2-OG-dependent dioxygenase for industrial application by redesigning of the “hot spots” of active sites involved in ligand binding and molecular interactions. This research would provide the basic theory and research foundation for development of the general technology platform of highly efficient biosynthesis of active pharmaceutical ingredients of hydroxylated derivatives.
Fe(II)/2-OG依赖型双加氧酶的反应多样性使其广泛用于不同化学结构医药中间体的合成,建立该类酶与反应必需辅助因子和共底物协同作用的共性反应体系,对于重要医药中间体的广谱性高效生物合成具有重要意义。本项目采用结构功能相关序列和结构分子模拟相结合的功能酶基因挖掘方法,在基因(组)数据库中搜索潜在新酶序列信息,获得选择性羟基化游离氨基酸的新型Fe(II)/2-OG 依赖型双加氧酶;基于基因挖掘获得的新型Fe(II)/2-OG 依赖型双加氧酶和已有Fe(II)/2-OG 依赖型双加氧酶IDO的结构信息,在分子水平探究其催化表征的分子机制,进一步建立了重组菌全细胞催化转化羟基异亮氨酸的体系与过程调控规律;优化Fe(II)/2-OG 依赖型双加氧酶IDO、KaPH1等在重组系统中的表达水平,构建双加氧酶表达和催化转化耦联的体系和过程,进一步构建体外多酶催化级联反应体系,实现双加氧酶催化必需辅因子2-酮戊二酸的耦联再生,从而提升Fe(II)/2-OG 依赖型双加氧酶催化游离氨基酸羟基化的反应效率。相关研究成果发表论文17篇,其中SCI论文16篇、CSCD论文1篇;申请中国发明专利1项,授权中国发明专利2项;获得中国石油和化学工业联合会技术发明奖一等奖1项、中国石油和化学工业联合会青年科技突出贡献奖1项。研究结果为生物合成羟基化衍生类重要医药中间体广谱开发共性技术体系的建立提供理论和实践基础。
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
Active Expression of Membrane-Bound L-Amino Acid Deaminase from Proteus mirabilis in Recombinant Escherichia coli by Fusion with Maltose-Binding Protein for Enhanced Catalytic Performance
通过与麦芽糖结合蛋白融合,在重组大肠杆菌中主动表达来自奇异变形杆菌的膜结合 L-氨基酸脱氨酶,以增强催化性能
DOI:10.3390/catal10020215
发表时间:2020-02-01
期刊:CATALYSTS
影响因子:3.9
作者:Zhang, Dan-Ping;Jing, Xiao-Ran;Xu, Yan
通讯作者:Xu, Yan
DOI:10.1186/s40643-017-0151-y
发表时间:2017-05
期刊:Bioresources and Bioprocessing
影响因子:4.6
作者:Taiqiang Sun;Bin Li;Y. Nie;Dong Wang;Yan Xu
通讯作者:Taiqiang Sun;Bin Li;Y. Nie;Dong Wang;Yan Xu
Computation-aided engineering of starch-debranching pullulanase fromBacillus thermoleovoransfor enhanced thermostability
用于增强热稳定性的嗜热芽孢杆菌淀粉脱支支链淀粉酶的计算辅助工程
DOI:10.1007/s00253-020-10764-z
发表时间:2020-07-07
期刊:APPLIED MICROBIOLOGY AND BIOTECHNOLOGY
影响因子:5
作者:Bi, Jiahua;Chen, Shuhui;Xu, Yan
通讯作者:Xu, Yan
DOI:--
发表时间:2018
期刊:高等学校化学学报
影响因子:--
作者:梁晨;聂尧;徐岩
通讯作者:徐岩
Gene mining-based identification of aldo-keto reductases for highly stereoselective reduction of bulky ketones
基于基因挖掘的醛酮还原酶鉴定,用于高度立体选择性还原大体积酮
DOI:10.1186/s40643-018-0220-x
发表时间:2018-01-01
期刊:BIORESOURCES AND BIOPROCESSING
影响因子:4.6
作者:Liang, Chen;Nie, Yao;Xu, Yan
通讯作者:Xu, Yan
基于位点共进化网络协同调控羰基还原酶催化不对称还原的选择性和非天然底物活性及其分子机制
  • 批准号:
    22378168
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    50万元
  • 批准年份:
    2023
  • 负责人:
    聂尧
  • 依托单位:
基于位阻效应叠加基团互作的脱氢/还原酶催化不对称合成手性(杂)环醇的选择性识别分子机制及其功能调控
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60万元
  • 批准年份:
    2021
  • 负责人:
    聂尧
  • 依托单位:
基于多结构域和柔性结构特征的普鲁兰酶识别淀粉分支结构的分子机制与性能调控
  • 批准号:
    31872891
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万元
  • 批准年份:
    2018
  • 负责人:
    聂尧
  • 依托单位:
近平滑假丝酵母不对称还原同工酶的反应多样性规律及其催化性能调控
  • 批准号:
    21376107
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    80.0万元
  • 批准年份:
    2013
  • 负责人:
    聂尧
  • 依托单位:
近平滑假丝酵母立体识别关键酶的功能调控规律及其胞内协同作用的分子机制
  • 批准号:
    30800017
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    18.0万元
  • 批准年份:
    2008
  • 负责人:
    聂尧
  • 依托单位:
国内基金
海外基金