菊糖果糖基转移酶的结构功能解析与分子改造研究

Inulin is a kind of byproduct, and widely exists in nature. Biotechnological processing of inulin is a hot topic in carbohydrate research, which is helpful to improve the agricultural biotechnology. Using inulin fructosyltransferase (IFTase) to produce the novel functional sugar, difructose anhydride III, is a new trend of inulin bioprocessing. However, some enzymatic properties of wild type IFTase from nature, such as catalysis activity and thermostability, are not suitable to the industrial preparation of difructose anhydride III. The researches on the relationship between structure and function of IFTase, and the modification of protein are essential for the industrial application of the enzyme. In this project, using molecular biological technologies, bioinformatics, and modern analysis methods, combined with computer simulation and mutagenesis technology, we try to study the structure-function relationship and catalysis mechanisms of IFTase, including the mechanisms of product specificity and thermostability. In addition, through the modification technologies, including the site-directed mutagenesis and randam mutagenesis, we try to improve the catalysis efficient, product specificity, and thermostability of the enzyme, and will provide the theoretical basis for the industrial preparation of difructose anhydride III.

我国具有丰富的农副产品菊糖资源，采用现代生物技术进行菊糖深加工，有利于促进我国农业生物技术产业的发展；利用菊糖果糖基转移酶（IFTase）催化菊糖水解可生成新型功能性糖-双果糖酐III，已成为菊糖生物加工应用的新方向。然而在催化活力、热稳定性等性质上，野生型IFTase并不能满足工业化应用需求；IFTase的结构基础解析与分子改造是该酶走向工业化应用的必需途径。本项目运用分子生物学、生物信息学及现代检测分析等方法，结合计算机模拟与突变研究技术，解析IFTase的结构功能关系及催化机理，揭示IFTase的果糖分子内转移、产物特异性、结构稳定性等分子机制；采用基于计算机模拟的分子设计与定点突变技术，或随机突变构建突变体库，结合高效筛选手段，实现IFTase的定向改造与功能优化，以提高热稳定性及酶反应活力，构建适用于双果糖酐III生物合成产业化应用的突变体酶，为碳水化合物资源开发利用提供新思路。

我国具有丰富的农副产品菊糖资源，采用现代生物技术进行菊糖深加工，有利于促进我国农业生物技术产业的发展；利用菊糖果糖基转移酶（IFTase）催化菊糖水解可生成新型功能性糖—双果糖酐III，已成为菊糖生物加工应用的新方向。然而在催化活力、热稳定性等性质上，野生型IFTase并不能满足工业化应用需求；IFTase的结构基础解析与分子改造是该酶走向工业化应用的必需途径。本项目运用分子生物学、生物信息学及现代检测分析等方法，结合计算机模拟与突变研究技术，解析IFTase的结构功能关系及催化机理，揭示IFTase的果糖分子内转移、产物特异性、结构稳定性等分子机制；采用基于计算机模拟的分子设计与定点突变技术，或随机突变构建突变体库，结合高效筛选手段，实现IFTase的定向改造与功能优化，以提高热稳定性及酶反应活力，构建适用于双果糖酐III生物合成产业化应用的突变体酶，为碳水化合物资源开发利用提供新思路。