新型壳聚糖酶结构-功能解析及其理性改造研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31701537
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C2002.食品生物化学
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2020-12-31

项目摘要

Chitooligosaccharide, the hydrolyzed product of chitosan, is a beneficial functional oligosaccharide, and exhibits numerous biological functions such as modulating intestinal flora, immune activation and antifungal. However, as the endo-type catalytic mode of natural chitosanases, the preparation of purified chitooligosaccharides with defined degree of polymerization is still difficult. The bioactivities of chitooligosaccharides products are often determined using heterogeneous and/or relatively poorly characterized oligosaccharides mixtures, and it is difficult to determine which molecules are responsible for the observed biological effects. So it is clearly essential to explore novel chitosanases for the preparation of chitooligosaccharide with defined degree of polymerization for both scientific and industrial application value. Here, on the basis of the structure and function of chitosanases, the proposal will solve the crystal structures of glycoside hydrolase (GH) family 46 and GH family 75 chitosanases and their complexes with substrates and investigate the catalytic mechanisms, enzymatic properties and molecular mechanisms of their substrate recognition. Furthermore, these chitosanases will be modified by structure-based rational design with the aim of increasing the ratio of chitooligosaccharides with specific degree of polymerization in the enzymatic hydrolysate. This study will confer structural insights on molecular mechanism of products of various chitosanases with different degree of polymerization. It will not only provide theoretical basis for the catalytic mechanism of different GH family chitosanases, but also have important application potential in oligosaccharides industries.
壳寡糖作为一种重要的功能性低聚糖,在调节肠道菌群、提高机体免疫力和抗真菌等方面具有广阔的应用前景。然而由于天然壳聚糖酶的内切型反应机制,目前特定聚合度区间壳寡糖的制备还存在诸多难题,造成壳寡糖单体构效关系不明确,限制了壳寡糖的进一步研究和应用。本课题基于壳聚糖酶的结构与功能关系,通过X-射线晶体法解析GH46和GH75家族新型壳聚糖酶的蛋白质结构,探索壳聚糖酶的关键氨基酸残基位点及底物识别机制。结合结构与功能研究阐明不同家族壳聚糖酶的催化特性及催化机理。进而基于结构信息对壳聚糖酶进行理性设计改造,优化酶解产物聚合度分布,阐明影响壳聚糖酶产物聚合度差异的分子机制,获得适宜于特定聚合度区间壳寡糖制备的特异性壳聚糖酶。本研究从结构、功能及应用方面对壳聚糖酶展开系统研究,为壳聚糖酶的催化机理及壳寡糖酶法制备相关研究提供了理论基础,具有重要的理论意义和应用价值。

结项摘要

功能性低聚糖是国内外食品营养与健康领域的研究热点之一。壳寡糖是一种重要的功能性低聚糖,在调节肠道菌群、提高机体免疫力和抗真菌等方面具有广阔的应用前景。然而由于天然壳聚糖酶的内切型反应机制,目前特定聚合度区间壳寡糖的制备还存在诸多难题,造成壳寡糖单体构效关系不明确,限制了壳寡糖的进一步研究和应用。本项目以特定聚合度区间壳寡糖酶法定向制备为目标,利用生物信息学手段挖掘得到了两种具有应用潜力的壳寡糖酶,通过X-射线晶体法解析得到了两种新型GH46家族壳聚糖酶的蛋白质结构及其与壳四糖、壳五糖的复合物结构,阐明了GH46家族壳聚糖酶催化凹槽底物识别的分子机制及变构催化反应机制。基于结构信息对壳聚糖酶进行理性设计改造及结构域融合改造,优化酶解产物聚合度分布,阐明了影响壳聚糖酶产物聚合度差异的分子机制,提升目标壳聚糖酶稳定性的同时实现了壳聚糖酶的一步纯化-固定化。建立了基于固定化酶反应器、酶膜耦合反应器的不同聚合度区间壳寡糖产物制备策略。本研究从结构、功能及应用方面对壳聚糖酶展开系统研究,为壳聚糖酶的催化机理及壳寡糖酶法制备相关研究提供了理论基础,具有重要的理论意义和应用价值。

项目成果

期刊论文数量(8)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(3)
酶膜耦合法制备高聚合度壳寡糖
  • DOI:
    10.13386/j.issn1002-0306.2019.18.004
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    食品工业科技
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李允;秦臻;张崟;陈启明;邱勇隽;赵黎明
  • 通讯作者:
    赵黎明
Structure-function analysis of Gynuella sunshinyii chitosanase uncovers the mechanism of substrate binding in GH family 46 members
Gynuella sunshinyii 壳聚糖酶的结构-功能分析揭示了 GH 家族 46 成员的底物结合机制
  • DOI:
    10.1016/j.ijbiomac.2020.10.066
  • 发表时间:
    2020-12-15
  • 期刊:
    INTERNATIONAL JOURNAL OF BIOLOGICAL MACROMOLECULES
  • 影响因子:
    8.2
  • 作者:
    Wang, Yani;Qin, Zhen;Zhao, Liming
  • 通讯作者:
    Zhao, Liming
One-step immobilization-purification of enzymes by carbohydrate-binding module family 56 tag fusion
通过碳水化合物结合模块家族 56 标签融合对酶进行一步固定化纯化
  • DOI:
    10.1016/j.foodchem.2019.125037
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Food Chemistry
  • 影响因子:
    8.8
  • 作者:
    Qin Zhen;Lin Si;Qiu Yongjun;Chen Qiming;Zhang Yin;Zhou Jiachun;Zhao Liming
  • 通讯作者:
    Zhao Liming
High level production of a Bacillus amlyoliquefaciens chitosanase in Pichia pastoris suitable for chitooligosaccharides preparation
毕赤酵母中高水平生产适用于制备壳寡糖的解淀粉芽孢杆菌壳聚糖酶
  • DOI:
    10.1016/j.ijbiomac.2020.02.001
  • 发表时间:
    2020-04-15
  • 期刊:
    INTERNATIONAL JOURNAL OF BIOLOGICAL MACROMOLECULES
  • 影响因子:
    8.2
  • 作者:
    Luo, Sa;Qin, Zhen;Zhao, Liming
  • 通讯作者:
    Zhao, Liming
特定聚合度区间壳寡糖的膜分离制备技术
  • DOI:
    10.13386/j.issn1002-0306.2019.22.029
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    食品工业科技
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈倩倩;邱勇隽;夏泉鸣;秦臻;赵黎明
  • 通讯作者:
    赵黎明

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其他文献

地铁钢筋混凝土疲劳损伤超声波测试
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  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
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  • 影响因子:
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  • 作者:
    陈梦成;王凯;谢力;秦臻
  • 通讯作者:
    秦臻
基于云的域名解析服务模型
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    通信学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    李乐民
多环境腐蚀作用下钢筋混凝土梁疲劳损伤模型
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    铁道学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈梦成;王凯;秦臻;谢力
  • 通讯作者:
    谢力
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  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
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    --
  • 作者:
    陈建立;洪启燕;秦臻;刘海旺;韩汝玢
  • 通讯作者:
    韩汝玢

其他文献

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β-1,3-葡聚糖酶抑制果蔬采后致病真菌的酶学机制研究
  • 批准号:
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    2021
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    58 万元
  • 项目类别:
    面上项目

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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