3-羟基丙酸生物合成关键酶—丙二酸单酰辅酶A还原酶的催化机制研究和功能改造

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31670089
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    63.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C0104.微生物遗传与生物合成
  • 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

项目摘要

Malonyl-coenzyme A (MCR) of Chloroflexus aurantiacus, a thermophilic and phototrophic bacterium, can convert the basic metabolic intermediate malonyl-CoA to an important platform chemical 3-hydroxypropionate (3HP), which is listed in top 12 value added biomass-based chemicals by US Department of Energy.MCR has a great application potential in biotechnology field, however the application of MCR was limited by its low activity due to that the high temperature and autotrophic conditions can not be achieved in a recombinant strain. MCR does not show significant sequence identity with any known protein, and its protein structure and catalytic mechanism remain unknown. So it is an urgent request for elucidating MCR catalytic mechanism and improving its enzyme activity. It was proved that dissection of MCR into two functional fragments can improve its enzyme activity. In this study, the crystal structures of MCR protein and its two fragments will be determined by X-ray crystallography method, and the MCR fragments will be engineered by directed evolution and rational design to improve their enzymatic acitivity. The kinetic processes of MCR and its fragments binding substrate and catalyzing the reaction will be simulated and analyzed to elucidate the MCR catalytic mechanism and to understand how dissection of MCR and other mutations enhance its activity. MCR derivatives with higher enzyme activity will be used to construct a recombinant strain producing 3HP, and this strain will be used in fermentation to test the 3HP yield. This study will not only enrich our knowledge about the reductase catalytic mechanism, improve the 3HP biological synthesis technology, but also provide scientific information and reference for improving enzyme performance using both structural biology and molecular biology methods.
丙二酸单酰辅酶A还原酶(MCR)来源于嗜热光合细菌,可将生物体内的基础代谢中间体丙二酸单酰辅酶A转化为重要的平台化合物3-羟基丙酸(3HP),在生物工程领域具有非常重要的应用价值,但由于其催化活性较低而受到很大限制。MCR与已知蛋白不具序列同源性,蛋白三维结构和催化机制未知,所以阐明MCR反应机理,提高其催化活性成为了亟待解决的问题。前期研究表明将MCR蛋白分为两个功能独立的片段可增强其活性,本研究将利用X射线晶体学方法解析MCR蛋白及其两个功能片段的三维结构,阐明MCR蛋白及其片段的催化机理;通过定向进化和理性设计方法获得高活性的MCR功能片段突变体,解析MCR结构拆分和突变提高酶活性的机制;将得到的MCR片段突变体应用于3HP工程菌株的构建,提高3HP产量。本研究将丰富人们对于还原酶催化机理的认识,为微生物法合成3HP的技术提升奠定理论基础。

结项摘要

3-羟基丙酸是重要的平台化合物,可用于合成丙烯酸、丙烯酰胺等多种化工产品,被美国能源部列入最具开发潜力的12种生物基化学品之一。丙二酸单酰辅酶A还原酶(MCR)可以将微生物体内的代谢中间体—丙二酸单酰辅酶A转化为3-羟基丙酸,但因其催化活性较低而受到很大限制。在前期研究中,我们已将双功能酶MCR拆分为两个具有独立功能的片段:MCR-C负责催化丙二酸单酰辅酶A到丙二酸半醛,MCR-N负责催化丙二酸半醛到3-羟基丙酸。为提高MCR的催化能力,我们建立了针对限速步骤MCR-C的迭代定向进化系统,通过多轮筛选获得了高活性的MCR-C突变体;成功表达纯化了MCR-N和MCR-C蛋白,分别解析了MCR-N和MCR-C两个蛋白的三维结构。结果发现二者均由多结构域组成,综合其结构和活性中心特征可知,MCR-N和MCR-C不同于已知短链氧化还原酶(short-chain dehydrogenase/reductase,SDR)超家族成员的特点,属该超家族蛋白的新类型;发现了底物结合可以改变限速酶MCR-C的构象,明确了MCR-C处于催化与非催化构象的结构特点;MCR-N结构与MCR-C存在明显差异,与其较短的氨基酸序列和较小的底物分子相匹配,且其与底物结合前后不发生构象变化。针对在定向进化中发现的可提高MCR-C酶活性但远离活性中心的氨基酸突变位点,我们解析了突变体MCR-C蛋白的三维结构,发现这些位点突变可以稳定蛋白的活性构像,进而增加MCR-C的催化活性。综上所述,我们获得了高活性的NCR-C突变体,解析了MCR-C和MCR-N蛋白的三维结构和催化机制,为进一步理性改造MCR和提升3-羟基丙酸生物合成技术奠定了理论基础。

项目成果

期刊论文数量(4)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
A novel autolysis system controlled by magnesium and its application to poly (3-hydroxypropionate) production in engineered Escherichia coli
镁控制的新型自溶系统及其在工程大肠杆菌中生产聚(3-羟基丙酸酯)的应用
  • DOI:
    10.1080/21655979.2017.1286432
  • 发表时间:
    2017-02
  • 期刊:
    Bioengineered
  • 影响因子:
    4.9
  • 作者:
    Lacmata Stephen Tamekou;Yao Lan;Xian Mo;Liu Hui;Kuiate Jules-Roger;Liu Huizhou;Feng Xinjun;Zhao Guang
  • 通讯作者:
    Zhao Guang
Production of D-lactate from glucose using Klebsiella pneumoniae mutants.
使用肺炎克雷伯菌突变体从葡萄糖生产 D-乳酸
  • DOI:
    10.1186/s12934-017-0822-6
  • 发表时间:
    2017-11-21
  • 期刊:
    Microbial cell factories
  • 影响因子:
    6.4
  • 作者:
    Feng X;Jiang L;Han X;Liu X;Zhao Z;Liu H;Xian M;Zhao G
  • 通讯作者:
    Zhao G
Malonyl-CoA pathway: a promising route for 3-hydroxypropionate biosynthesis
丙二酰辅酶A途径:3-羟基丙酸生物合成的一条有前途的途径
  • DOI:
    10.1080/07388551.2016.1272093
  • 发表时间:
    2017-01-01
  • 期刊:
    CRITICAL REVIEWS IN BIOTECHNOLOGY
  • 影响因子:
    9
  • 作者:
    Liu, Changshui;Ding, Yamei;Zhao, Guang
  • 通讯作者:
    Zhao, Guang

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi || "--"}}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year || "--" }}
  • 期刊:
    {{ item.journal_name }}
  • 影响因子:
    {{ item.factor || "--"}}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

其他文献

艾灸豚鼠血清对体外培养人黑素细胞周期和凋亡的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    《河北中医》
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    成玉;牛天慧;郭广进;赵广;周冬梅;张苍;曲剑华
  • 通讯作者:
    曲剑华
计算机图像分析系统评价斑克治疗黄褐斑疗效
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2008
  • 期刊:
    军医进修学院学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    罗卫;陈伟;孟如松;赵广
  • 通讯作者:
    赵广
原花青素(OPC)抑制紫外线辐射后表皮黑素细胞黑素合成的实验研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    中国美容医学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    马慧军;王毅侠;赵广;刘雯;訾绍霞
  • 通讯作者:
    訾绍霞
热处理、UVB辐射及两者联合作用对人表皮黑素细胞合成热休克蛋白72的影响。
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
    中华皮肤科杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    邵丽芳;赵广;牛建荣
  • 通讯作者:
    牛建荣
某型航空发动机不对中双转子系统动态特性对比分析
  • DOI:
    10.13582/j.cnki.1672-9102.2018.01.009
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    湖南科技大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    蒋玲莉;陈雨蒙;赵广
  • 通讯作者:
    赵广

其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi || "--" }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year || "--"}}
  • 期刊:
    {{ item.journal_name }}
  • 影响因子:
    {{ item.factor || "--" }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}
empty
内容获取失败,请点击重试
重试联系客服
title开始分析
查看分析示例
此项目为已结题,我已根据课题信息分析并撰写以下内容,帮您拓宽课题思路:

AI项目思路

AI技术路线图

赵广的其他基金

大肠杆菌对3-羟基丙酸的耐受机制研究
  • 批准号:
    31200030
  • 批准年份:
    2012
  • 资助金额:
    23.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似国自然基金

{{ item.name }}
  • 批准号:
    {{ item.ratify_no }}
  • 批准年份:
    {{ item.approval_year }}
  • 资助金额:
    {{ item.support_num }}
  • 项目类别:
    {{ item.project_type }}

相似海外基金

{{ item.name }}
{{ item.translate_name }}
  • 批准号:
    {{ item.ratify_no }}
  • 财政年份:
    {{ item.approval_year }}
  • 资助金额:
    {{ item.support_num }}
  • 项目类别:
    {{ item.project_type }}
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了

AI项目解读示例

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]
      
关闭
close
客服二维码