宏基因组甘油脱水酶分子催化机制及分子改造研究

1，3-丙二醇被认为是本世纪具有广阔市场潜力的化工原料，在化学、医药、食品、化妆品等很多领域有非常广泛的应用,具有重要的研究价值。本课题以宏基因组为出发材料，从宏基因组中获得生物合成1，3-丙二醇的关键酶-甘油脱水酶（GDHt），针对该酶在合成1，3-丙二醇过程中活力和稳定性上的不足，构建该酶的三维结构模型，开展甘油脱水酶分子催化机理的研究，深入了解结构和功能之间的关系，在此基础上对该酶进行理性的分子改造，获得理性构建具有理想活力及稳定性的甘油脱水酶方法，促进1，3-丙二醇生产技术的发展，并为同类酶的改造提供借鉴，具有重要的学术意义和实用价值。

1，3-丙二醇是本世纪具有广阔市场潜力的化工原料，在食品、化学、医药等很多领域有非常广泛的应用，具有重要的研究价值。课题首先采用双层指示平板，根据直观的颜色反应，建立了一套甘油脱水酶的高通量的筛选方法，该方法可以大大降低背景的影响，筛选方便、灵敏、效率高。通过生物信息学软件结合相关生物信息学数据库，利用分子生物学方法克隆表达了来源于宏基因组的三个新型甘油脱水酶基因，纯化后，测定了重组甘油脱水酶的酶学性质，丰富了甘油脱水酶资源。构建了甘油脱水酶的三维结构模型，通过生物信息学手段预测了酶的活性中心等信息，在分析结构与功能关系及催化机理的基础上确定8处可以与酶活力及稳定性相关特征氨基酸突变位点。通过定点及饱和突变技术对来源宏基因组甘油脱水酶进行了理性的分子改造，经过高通量的筛选，获得多个酶比活及稳定性提高约1.25到3倍的突变体。随后，在同源建模的基础上比对探讨了酶结构与功能之间的关系。该研究丰富了甘油脱水酶资源，促进1，3-丙二醇生产技术的发展，为同类酶的分子改造提供了借鉴。