腈水解酶对映体选择性形成机制研究及其理性定制
项目介绍
AI项目解读
基本信息
- 批准号:21676090
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:70.0万
- 负责人:
- 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
- 起止时间:2017-01-01 至2020-12-31
- 项目参与者:王华磊; 姜水琴; 陈利锋; 范海洋; 徐丽琴; 赵志强; 张一平;
- 关键词:
项目摘要
The understanding of the relationship between protein structure and function is the prerequisites of enzyme designed making. The project is focus on the molecular mechanism of enzyme enantioselectivity. According to the recent literatures, nitrilase demonstrated great enantioselectivity to R-mandelonitrile, however its enantioselectivity mechanism has not been clarified. It hinders the rational design of nitrilase. In our previous study, a new nitrilase from Pseudomonas psychrotolerans, NIT9, was found can hydrolyze racemic mandelonitrile to S-mandelic acid with highly enantiomeric excess value. By combining random mutagenesis with site-directed mutagenesis, two enantiocomplementary nitrilase mutants, were created, which exhibited high S- and R-selectivity toward mandelonitrile, respectively. Besides, the second nitrilase crystal structure was obtained. In this study, two main research contents are conducted to investigate the influence of structure, energy and the profile of proton transfer on the nitrilase enantioselectivity. Firstly, the enantioselective mechanism will be elucidated by protein structure analysis, dynamic evaluation of binding conformation and QM/MM free energy calculation. Subsequently, the structure, energy and the profile of proton transfer of four nitrilases with distinct enantioselectivity will be compared to achieve a full-depth understanding of the enzyme enantioselective mechanism and the relationship of protein structure and function. Secondly, the rational design will be used to obtain nitrilase with with highly catalytic activity and S-selectivity and in turn to verify the above enantioselective mechanism. This study will provide new insight into the mechanism of enzyme enantioselectivity and at the same time lay the foundation for enzyme design.
酶分子“量身定制”时代的步伐取决于对酶结构-功能关系的深度揭示。本项目针对“酶分子对映体选择性是如何形成的”这一科学问题,以及现有腈水解酶对R-扁桃腈具有更高选择偏好性但其机制尚不明确的现象,基于申请人已经获得了目前国际最高S-扁桃腈选择性腈水解酶、国际第二个腈水解酶晶体结构及其对映体选择性骤异的突变体,拟采用动态结合构象分析和QM/MM结合自由能计算两者结合互补的方法,对比并解析具有不同对映体选择性的腈水解酶,从空间位阻、关键结构域、结合自由能和催化中心质子传递四个角度揭示腈水解酶对映体选择性的形成机制,并采用in silico的策略实现其理性定制,以期在酶对映体选择性机制方面获得新发现、提出新观点,突破S-扁桃腈选择性酶数量少、活性低、选择性差的瓶颈,同时基于已有基础有望实现“定制酶”对扁桃腈类似物的选择性系列催化,为酶分子“量身定制”提供新素材、揭示新机制、引入新方法。
结项摘要
课题组基于主持人前期研究成果,选择具有重要应用前景的具水合活性的腈水解酶ATCC43949以及来自 Bradyrhizobium japonicum USDA 110 的腈水解酶bll6402为研究对象,以苯乙腈以及不同位置取代的苯乙腈和外消旋异丁基丁二腈为底物,揭示了具水合活性腈水解酶不同突变热点对不同底物的化学选择性和立体选择性的影响,准确定位了腈水解酶化学选择性和立体选择性相关的氨基酸残基,揭示了腈水解酶立体选择性的机制。项目研究加深了腈水解酶的发展,为腈水解酶化学选择性以及立体选择性分子改造过程中建立小而精的突变库,较高优势突变率的先进酶分子改造技术奠定了基础,解决了立体选择性腈水解酶分子改造的问题,拓宽了腈水解酶理性定制的范围,为实现腈水解酶的高值化利用奠定了基础。
项目成果
期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(4)
酶及其生物催化技术的研究与应用
- DOI:--
- 发表时间:2019
- 期刊:生物产业技术
- 影响因子:--
- 作者:杨林;陈志;姜水琴;魏东芝
- 通讯作者:魏东芝
定制酶分子机器/细胞工厂,引领生物制造产业未来——2017年第十一届中国酶工程学术研讨会杜邦-杰能科中国酶工程杰出贡献奖获得者特邀报告
- DOI:10.13345/j.cjb.180161
- 发表时间:2018
- 期刊:生物工程学报
- 影响因子:--
- 作者:姜水琴;魏东芝
- 通讯作者:魏东芝
Recent research advancements on regioselective nitrilase: fundamental and applicative aspects
区域选择性腈水解酶的最新研究进展:基础和应用方面
- DOI:10.1007/s00253-019-09915-8
- 发表时间:2019-06
- 期刊:Applied Microbiology and Biotechnology
- 影响因子:5
- 作者:Chen Zhi;Zhao Jiang;Jiang Shuiqing;Wei Dongzhi
- 通讯作者:Wei Dongzhi
Switching the regioselectivity of two nitrilases toward succinonitrile by mutating the active center pocket key residues through a semi-rational engineering
通过半理性工程突变活性中心口袋关键残基,将两种腈水解酶的区域选择性转变为丁二腈
- DOI:10.1039/c8cc10110h
- 发表时间:2019-03-11
- 期刊:CHEMICAL COMMUNICATIONS
- 影响因子:4.9
- 作者:Chen, Zhi;Jiang, Shuiqing;Wei, Dongzhi
- 通讯作者:Wei, Dongzhi
Switching a nitrilase from Syechocystis sp PCC6803 to a nitrile hydratase by rationally regulating reaction pathways
通过合理调节反应途径将集胞藻 PCC6803 的腈水解酶转变为腈水合酶
- DOI:10.1039/c7cy00060j
- 发表时间:2017-03-07
- 期刊:CATALYSIS SCIENCE & TECHNOLOGY
- 影响因子:5
- 作者:Jiang, Shuiqin;Zhang, Lujia;Wei, Dongzhi
- 通讯作者:Wei, Dongzhi
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- 发表时间:--
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- 影响因子:--
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- 通讯作者:谢恬
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- 发表时间:--
- 期刊:J Liq Chromato & Relat Tech
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- 作者:任宇红;魏东芝;刘建文;詹小云
- 通讯作者:詹小云
其他文献
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