小麦内质网氧化还原酶的分子改造及其改善面粉加工品质的研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31771906
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C2002.食品生物化学
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Previous researches in our group found that recombinant wheat endoplasmic reticulum oxidoreductin 1 (wEro1) could significantly improve the flour processing quality, but the catalytic efficiency and the thermostability needed to be improved. In this project, the three-dimensional structure of wild type wEro1 will be determinated by the single-crystal X-ray diffraction, the catalytic mechanisms of wEro1 improving flour processing quality will be investigated by elucidating two catalytic oxidation pathways in the flour reaction system, one is the transfer and exchange of disulfides, the other is the direct oxidation by the hydrogen peroxide which is generated as byproduct. Based on the catalytic mechanisms and three-dimensional structure, wEro1 will be designed rationally to strengthen the ability of improving flour processing quality. For increasing the catalytic efficiency of wEro1, the motifs involved the regulatory disulfides will be mutated to eliminate the feedback regulation of the activity, and the side chain characteristics of the key amino acid residues for substrate-binding will be modified to adjust the substrate specificity. Moreover, the thermostability of wEro1 will be enhanced by the combination of mutagenesis with molecular dynamics simulation. The influence rules of molecular modifications on the catalytic characteristic of wEro1 and the ability of improving the flour processing quality will be investigated, the structure-function relationship of wEro1 strengthening gluten will also be illuminated, and the molecular mechanism for the mutant wEro1 enhancing the gluten networks will be established. The results will not only lay the theoretical and technological foundation for the molecular modification of the enzyme for improving the flour processing quality, play a vital role of the advanced biotechnologies in the food science, but also enrich the academic connotation of the protein structure-based rational design to facilitate the progress in the involved cross-subject combined with food science, structural biology and protein engineering.
项目组前期研究发现,重组小麦内质网氧化还原酶(wEro1)能够显著改善面粉加工品质,但酶催化效率和热稳定性有待改进。本项目应用单晶X射线衍射技术解析wEro1的三维立体结构,从二硫键转移交换途径和过氧化氢直接氧化途径探讨野生型wEro1改善面粉加工品质的催化机理。并以此为基础,对wEro1分子进行理性设计,通过生物突变调控二硫键相关功能域消除酶活性的反馈调控、改变底物结合相关关键氨基酸残基性质调节底物特异性以提高酶催化效率,并结合分子动力学模拟提高wEro1的热稳定性。考察分子改造对wEro1催化性能及改善面粉加工品质功能的影响规律,阐明wEro1结构与功能的内在关系,建立突变型wEro1强化面筋网络的分子机制。研究结果不仅为分子改造面粉改良酶制剂提供理论和技术基础,发挥前沿生物技术在食品科学领域的重要作用,而且可以丰富以结构生物学为基础的蛋白质理性设计的学术内涵,推动相关交叉学科的进步。

结项摘要

内质网氧化还原酶(Ero1)在体内不但能利用氧分子生产二硫键并转移交换给其它内质网蛋白质,而且在催化反应过程中能释放过氧化氢,小麦体内面筋蛋白二硫键来源于小麦Ero1(wEro1)催化反应。本项目在前期研究基础上,分别采用大肠杆菌和毕赤酵母制备了基因重组wEro1,研究了重组酶的酶学性质和催化机制,wEro1能以二硫苏糖或小麦蛋白质二硫键异构酶(wPDI)为底物催化巯基氧化;而且,wEro1催化氧化的wPDI能以变性蛋白质为电子供体,促进变性蛋白质的折叠。单独添加wEro1能显著提高面粉的粉质特性、面团的流变特性以及面包的焙烤品质。添加wEro1能够促进面筋蛋白二硫键交联,强化面筋网络结构,提高面筋蛋白大聚集体(GMP)含量,以及GMP中超大分子量聚集体比例,增加面筋蛋白二级结构β-转角含量,从而改善面粉加工品质。而且,wEro1改善面粉加工品质机理主要与其催化反应产生的过氧化氢氧化面筋交联相关。以序列同源性分析和同源建模结构为指导对wEro1进行理性设计,在9个与酶活相关的关键半胱氨酸残基定点突变体中,获得5个活性提升的正向突变体,其中的2个突变体的活性增加了1倍以上。解析了小麦源谷氧还蛋白(wGrx)的晶体立体结构,发掘了新的立体结构特征和新的催化途径。此外,研究了小麦过氧化氢酶、水溶性抗性糊精等对面粉加工品质的影响规律,探讨了麦醇溶蛋白基凝胶体系的改性和形成机制。研究结果丰富了面粉加工品质、小麦内源酶以及面筋蛋白等相关基础研究的学术内容,推动了面制品加工行业的进步。

项目成果

期刊论文数量(11)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(3)
Effect of water-soluble dietary fiber resistant dextrin on flour and bread qualities
水溶性膳食纤维抗性糊精对面粉和面包品质的影响
  • DOI:
    10.1016/j.foodchem.2020.126452
  • 发表时间:
    2020-07-01
  • 期刊:
    FOOD CHEMISTRY
  • 影响因子:
    8.8
  • 作者:
    Huang, Zheng;Wang, Jing Jing;Hu, Song-Qing
  • 通讯作者:
    Hu, Song-Qing
Crystal structure of wheat glutaredoxin and its application in improving the processing quality of flour
小麦谷氧还蛋白的晶体结构及其在提高面粉加工品质中的应用
  • DOI:
    10.1021/acs.jafc.8b03590
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Journal of Agricultural and Food Chemistry
  • 影响因子:
    6.1
  • 作者:
    Sun Xiaomei;Chen Meirong;Jia Feng;Hou Yi;Hu Song-Qing
  • 通讯作者:
    Hu Song-Qing
Characterization of wheat endoplasmic reticulum oxidoreductin 1 and its application in Chinese steamed bread
小麦内质网氧化还原素1的表征及其在馒头中的应用
  • DOI:
    10.1016/j.foodchem.2018.02.080
  • 发表时间:
    2018-08-01
  • 期刊:
    FOOD CHEMISTRY
  • 影响因子:
    8.8
  • 作者:
    Liu, Guang;Wang, JingJing;Hu, Song-Qing
  • 通讯作者:
    Hu, Song-Qing
结构域对小麦蛋白质二硫键异构酶性质的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    华南理工大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    胡松青;黄政;刘光;黄滟波;李琳;侯轶
  • 通讯作者:
    侯轶
Development and characterization of gliadin-based bioplastic films enforced by cinnamaldehyde
肉桂醛增强的麦醇溶蛋白基生物塑料薄膜的开发和表征
  • DOI:
    10.1016/j.jcs.2021.103208
  • 发表时间:
    2021-03-13
  • 期刊:
    JOURNAL OF CEREAL SCIENCE
  • 影响因子:
    3.8
  • 作者:
    Jia, Feng;Wang, Jing Jing;Hu, Song-Qing
  • 通讯作者:
    Hu, Song-Qing

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其他文献

Expression, Purification and Function Analysis of Three LMW-GSs from Wheat Cultivar Cheyenne
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  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    Cereal Chemistry
  • 影响因子:
    2.4
  • 作者:
    胡松青
  • 通讯作者:
    胡松青
小麦蛋白质二硫键异构酶的毕赤酵母表达及重组酶性质研究
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    10.13982/j.mfst.1673-9078.2017.5.013
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    现代食品科技
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    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
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    --
  • 发表时间:
    2016-11
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    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    郭文跃
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  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    中国石油大学学报 . 30(5) . 98-100, 2006. 10 (EI收录).
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    胡松青;陈相峰;郭文跃
  • 通讯作者:
    郭文跃
pH对小麦HMW-GS 1Dx5的N端结构域分子特性的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    华南理工大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    胡松青;张亚萍;王敬敬;刘光毅;黄滟波;李琳;侯轶
  • 通讯作者:
    侯轶

其他文献

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胡松青的其他基金

小麦蛋白质二硫键异构酶的结构及其改善面粉加工品质的机制
  • 批准号:
    31471691
  • 批准年份:
    2014
  • 资助金额:
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高分子量麦谷蛋白亚基立体结构与面粉加工品质的关系
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超声强化食品冷冻过程冰结晶机理的研究
  • 批准号:
    20506006
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  • 项目类别:
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相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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