菊糖果糖基转移酶偶联催化制备双果糖酐III中的关键问题研究

基本信息
批准号:31870784
项目类别:面上项目
资助金额:59.00
负责人:安迎锋
学科分类:
依托单位:沈阳农业大学
批准年份:2018
结题年份:2022
起止时间:2019-01-01 - 2022-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:姚硕,Darren J Hart,于晓丹,高嵩,王虹玲,高何瑞,许淑敏,刘霞,刘一菲
关键词:
酶活性酶催化酶突变酶定向进化体外催化
结项摘要

Difructose anhydride III is a novel natural sweet food. The cost of producing difructose anhydride III should be much lower if coupled enzyme reaction is performed instead of single enzyme reactions. However, the activities of the current inulin fructotransferases are all very low, and inefficient in catalyzing oligofructose substrates, which has seriously affected the efficiency of the coupled enzyme reaction. Therefore, in this study, metagenomic libraries should be constructed, and the target genes which can encode inulin fructotransferases with higher activity for catalyzing oligofructose substrates should be fished by Rec A protein and magnetic beads-based affinity purification strategies. Then libraries should be constructed by DNA shuffling and random mutagenesis, which should be screened by reading frame selection and a newly designed specific screening strategy to isolate genes encoding inulin fructotransferases with higher activities towards oligofructose substrates. Then the enzymes should be immobilized by novel mesoporous CLEAs-Curdlan-SiO2 microspheres, followed by coupled enzyme reaction to efficiently produce difructose anhydride III. In this study, the novel inulin fructotransferases should be solved spatial structures, followed by site-directed mutagenesis and bioinformatic analysis to reveal their catalytic mechanism and mechanism of substrate specificity. These studies will lay the foundation for further modification of the enzymes.

双果糖酐III是一种新型天然甜味食品,而采用双酶偶联催化法比传统的单酶催化法在降低双果糖酐III生产成本方面具有明显的优势。但现有菊糖果糖基转移酶活力低,而且对低聚果糖底物的催化效率很低,严重影响了该偶联催化反应的效率。因此,本研究将首先通过构建宏基因组库,并利用基于RecA蛋白结合磁珠亲和纯化法对宏基因组库中的目的基因进行特异性钓取,进而筛选获得高效催化低聚果糖底物的菊糖果糖基转移酶。然后构建DNA shuffling库和随机突变库,再采用基于蛋白内含子intein的读码框选择和新设计的功能筛选策略,进一步提高该酶对低聚果糖底物的催化效率。然后采用新型的介孔CLEAs-可得然胶-二氧化硅复合微粒固定化酶,并通过偶联催化实现高产双果糖酐III的目标。本研究还将对新菊糖果糖基转移酶进行晶体结构解析,定点突变和生物信息学分析,深入研究酶的催化机理和底物特异性机制,并为酶的进一步改造奠定基础。

项目摘要

本项目按照研究计划书实施研究计划,并达到预期研究目标。具体而言,首先构建高质量的宏基因组库,然后利用Rec A蛋白结合磁珠亲和纯化法专一的富集钓取菊糖果糖基转移酶基因,结合pH切换结合DNS还原糖测定法进行进一步筛选和功能验证。对于其中有潜力的菊糖果糖基转移酶,通过分子定向进化的方式进一步改造。在酶的筛选与定向改造过程中,综合运用基于intein的读码框选择法和pH切换结合DNS还原糖测定法提高酶活筛选效率。对于催化活性高而且对低聚果糖底物特异性强的酶,进行酶学性质分析,从而为实现酶的进一步改造奠定基础。在此基础上,选择对低聚果糖催化效率最高的菊糖果糖基转移酶与来自黑曲霉的β-蔗糖果糖基转移酶进行纯化,采用新的介孔CLEAs-可得然胶-二氧化硅复合微粒(CLEAs-Curdlan-SiO2)以及基于ELP标签和磷酸钙的纳米花方法进行固定化,并用固定化酶以蔗糖为底物进行偶联催化。同时本项目实施过程中建立的一系列新方法,包括基于宏基因组区段改组库的构建方法,基于ELP标签建立了新型蛋白表达和纯化系统,对于提高突变文库建库质量,提升重组蛋白的表达水平,提高不溶性蛋白纯化效率等方面,具有重要的参考价值。此外,针对分子克隆和突变库构建过程中存在的问题,本研究建立了一系列高效的质粒载体。这些质粒载体具备更加高效、容易、假阳性少等优点,在国内外多家实验室中已获得应用,并展示出比经典载体更出色的特征。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

宁南山区植被恢复模式对土壤主要酶活性、微生物多样性及土壤养分的影响

宁南山区植被恢复模式对土壤主要酶活性、微生物多样性及土壤养分的影响

DOI:10.7606/j.issn.1000-7601.2022.03.25
发表时间:2022
2

不同改良措施对第四纪红壤酶活性的影响

不同改良措施对第四纪红壤酶活性的影响

DOI:10.11766/trxb202008100444
发表时间:2022
3

地震作用下岩羊村滑坡稳定性与失稳机制研究

地震作用下岩羊村滑坡稳定性与失稳机制研究

DOI:10.16285/j.rsm.2019.1374
发表时间:2020
4

山核桃赤霉素氧化酶基因CcGA3ox 的克隆和功能分析

山核桃赤霉素氧化酶基因CcGA3ox 的克隆和功能分析

DOI:10.13925/j.cnki.gsxb.20200115
发表时间:2020
5

铁酸锌的制备及光催化作用研究现状

铁酸锌的制备及光催化作用研究现状

DOI:10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2019090011
发表时间:2022

安迎锋的其他基金

相似国自然基金

1

菊糖果糖基转移酶的结构功能解析与分子改造研究

批准号:31371788
批准年份:2013
负责人:江波
学科分类:C2006
资助金额:90.00
项目类别:面上项目
2

基于loop区调控机制的双果糖酐水解酶分子改造研究

批准号:31901630
批准年份:2019
负责人:郁书怀
学科分类:C2002
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
3

米曲霉果糖基转移酶溶液结构、催化机制及分子改造研究

批准号:21476216
批准年份:2014
负责人:毛多斌
学科分类:B0812
资助金额:82.00
项目类别:面上项目
4

铜催化偶联反应中Cu(III)中间体生成机制的理论研究

批准号:21772020
批准年份:2017
负责人:蓝宇
学科分类:B0307
资助金额:64.00
项目类别:面上项目