Meyerozyma guilliermondii醇脱氢酶理性改造及其催化生物基呋喃醛还原的研究
批准号:
22078110
项目类别:
面上项目
资助金额:
63.0 万元
负责人:
宗敏华
依托单位:
学科分类:
生物化工与合成生物工程
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
宗敏华
中文摘要
由生物质为原料合成生物基化学品是当前的一个研究热点。生物基呋喃醛如5-羟甲基糠醛(HMF)及糠醛是重要的生物基平台化合物,可转化为各种高附加值中间体。生物催化生物基呋喃醛高值化转化具有选择性高、条件温和、环境友好等优点。获得高底物耐受性、高活性、稳定的生物催化剂是实现高毒性呋喃醛高值化生物转化的关键。本项目以自行筛选所得、高HMF耐受性的Meyerozyma guilliermondii SC1103为研究对象,挖掘催化HMF选择性还原的关键醇脱氢酶;解析关键酶及其与底物复合物分子的三维空间结构,揭示酶与底物键合及催化关键氨基酸位点,阐明其催化机制;进一步对酶分子中与底物相互作用的关键氨基酸残基进行理性设计和定点突变,获得高效目标酶,揭示该酶结构与功能关系;借助分子克隆技术等构建催化性能优异的重组菌;辅以固定化等手段,建立高效合成生物基呋喃醇的生物催化体系。
英文摘要
Recently, the production of biobased chemicals from biomass has attracted growing interest. Biobased furan aldehydes such as 5-hydroxymethylfurfural (HMF) and furfural, important biobased platform chemicals, could be transformed into a variety of value-added intermediates. Biocatalytic valorization of biobased furans has many advantages such as exquisite selectivity, mild reaction conditions and environmental friendliness. Highly substrate-tolerant, active and stable biocatalysts are key to implement efficient biotransformation of toxic furans. Recently, we have isolated a new and highly HMF-tolerant yeast strain - Meyerozyma guilliermondii SC1103 capable of selectively reducing HMF. In this project, the key alcohol dehydrogenase responsible for the HMF reduction will be mined from the genome of this yeast. The spatial structures of the key enzyme and enzyme-substrate complex will be resolved to reveal the key amino acid residues in the substrate-binding and catalytic sites of this enzyme, thus uncovering the reaction mechanism. Then, rational design and site-directed mutagenesis of the key amino acid residues in the enzyme active center will be conducted to afford an efficient and stable HMF reductase and unveil the structure-function relationship of the enzyme. By molecular cloning, the recombinant strain with good catalytic performances will be constructed. The combination of this new biocatalyst and some strategies such as cell immobilization allows to establish an efficient biocatalytic approach toward furan alcohols.
生物质高值化转化是当前的一个研究热点。生物基呋喃如5-羟甲基糠醛(HMF)及3-乙酰氨基-5-乙酰基呋喃(3A5AF)等是重要的己糖衍生的平台化合物,可转化为各种高附加值中间体。本项目主要围绕这些生物基呋喃的生物催化还原进行研究。以3A5AF不对称还原为目标反应,筛选获得最优催化剂Streptomyces coelicolor羰基还原酶(ScCR)。鉴于该酶较低的活性,对ScCR进行半理性改造,获得突变体S167Y/P168S;该突变体不仅对3A5AF的催化效率更高(kcat/KM, 620 vs 160 M-1 s-1),而且具有更强的有 机溶剂耐受性;基于该突变体构建了一锅两步合成对映体纯(R)-3-乙酰氨基-5-(1-羟乙基)呋喃的化学/酶级联反应途径,总产率达53%,ee>99%。以SynADH为探针分子,挖掘到对HMF具有高活性的来源于Escherichia coli的EcYjgB(kcat/KM, 1300 mM-1 s-1);构建了多酶高效催化合成2,5-二(羟甲基)呋喃(BHMF)的新途径,时空收率(STY)达15 g/L h。为改善工艺的经济性和环境影响,对EcYjgB的辅酶偏好性进行分子改造,得到高催化性能的突变体S199D/S200R,其对NADH的kcat/KM是野生酶的6倍;在制备型合成中,表达该突变体的重组菌利用甲酸作为辅底物合成BHMF的STY达10 g/L h。在HMF胁迫下基于转录组分析从Meyerozyma guilliermondii SC1103挖掘出高活性的MgADH1;异源表达该酶的酿酒酵母对HMF耐受水平达400 mM。基于环境友好的深度共熔溶剂(DES)开发了对酶友好的己糖脱水溶剂,构建了一锅催化转化廉价果糖/葡萄糖合成BHMF的化学/生物催化途径;在制备型合成中BHMF分离产率达41%。上述研究结果为高附加值生物基呋喃醇的绿色生物制造奠定了基础。
高/超疏水性稳态化体系的构建及其对乳铁蛋白结肠靶向控释的作用机制
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批准号:--
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项目类别:省市级项目
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资助金额:10.0万元
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批准年份:2021
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负责人:宗敏华
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依托单位:
含深度共熔溶剂介质中醋酸菌Acetobacter sp. CCTCC M209061细胞催化手性醇不对称合成反应的研究
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批准号:21072065
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项目类别:面上项目
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资助金额:35.0万元
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批准年份:2010
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负责人:宗敏华
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依托单位:
含离子液体介质中乳酸菌Lactobacillus sp.XZY001细胞催化潜手性酮不对称还原的研究
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批准号:20876059
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项目类别:面上项目
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资助金额:38.0万元
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批准年份:2008
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负责人:宗敏华
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依托单位:
离子液体中酶促阿糖胞苷区域选择性酰化反应的研究
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批准号:20676043
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项目类别:面上项目
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资助金额:30.0万元
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批准年份:2006
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负责人:宗敏华
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依托单位:
醇腈酶催化手性含硅氰醇不对称合成
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批准号:20376026
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项目类别:面上项目
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资助金额:25.0万元
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批准年份:2003
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负责人:宗敏华
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依托单位:
酶对底物中硅原子的识别及其机理
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批准号:20076019
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项目类别:面上项目
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资助金额:18.0万元
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批准年份:2000
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负责人:宗敏华
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依托单位:
非水相中酶催化有机硅化合物生物转化的研究
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批准号:29206039
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:5.0万元
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批准年份:1992
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负责人:宗敏华
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依托单位:
国内基金
海外基金