糖调节β-葡萄糖苷酶酶活力及稳定性的机制

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31870056
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    59.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C0102.微生物生理与生化
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

β-Glucosidases are a heterogeneous group of enzymes that hydrolyze the β-1,4-glycosidic bond presented in disaccharides, oligosaccharides, aryl-, and alkyl β-glucosides, and release the nonreducing terminal glucosyl residues. These enzymes have attracted considerable interests because of their potential applications in a variety of biological processes. However, most β-glucosidases are feed-back inhibited by the product glucose, which restricts their application in industries. Recently, the activities of a few microbial β-glucosidases have been reported to be upregulated by sugars, such as glucose, xylose, and sucrose. Furthermore the thermodynamic stability of some β-glucosidases has been reported to be improved in the presence of sugar. Elucidation of the mechanisms how sugars influence enzyme activity and improve the protein thermodynamic stability will be essential to enhance the sugar tolerance of β-glucosidases by protein engineering, and thus contribute to their improvment in biotechnology. Previous reports indicated that allosteric effect plays important roles in the modulation of β-glucosidases’ properties by sugars. In this project, we will apply statistical coupling analysis (SCA) to define the coevolving networks i.e. “sectors” of β-glucosidases. We will identify the key amino acids in the sectors associated with allosteric regulation, and finally to reveal the potential roles and functioning mechanism of allosteric regulation in modulation of the enzyme activity. Furthermore, we will clarify the interaction pattern between the sugars and the sectors, and reveal how sugars improve the protein thermodynamic stability. The findings will contribute to improving the performance of β-glucosidases in industral applications.
β-葡萄糖苷酶水解糖苷或寡糖,释放葡萄糖及糖苷配体,具有重要工业应用价值。多数β-葡萄糖苷酶受产物葡萄糖的反馈抑制,而另有一些酶的酶活力及热力学稳定性在糖分子存在条件下得到提升。除底物通道特征及转糖苷作用,变构调节在β-葡萄糖苷酶的糖耐受方面可能发挥了重要作用。氨基酸残基共进化网络中位于蛋白质表面的相关位点是变构调节的热点,且网络中氨基酸残基间的精细平衡对蛋白质的热力学稳定性有重要作用。本课题拟以序列一致性较高而糖耐受差异显著的β-葡萄糖苷酶Bgl1A和Bgl1B为对象,研究酶蛋白氨基酸残基共进化网络,确定其中可能参与变构调节的位点,揭示变构调节在糖影响β-葡萄糖苷酶酶活力方面扮演的角色和作用机制;分析糖分子与氨基酸残基共进化网络之间的作用模式,明晰糖提升酶分子热力学稳定性的机制,为改善β-葡萄糖苷酶的工业应用性能奠定理论和技术基础。

结项摘要

收集GH1家族β-葡萄糖苷酶的序列信息和结构信息,以多序列比对结果为基础,采用统计耦联分析法,研究β-葡萄糖苷酶Bgl1A的氨基酸残基共进化网络,共获得10条独立分量(Independent component, IC),明晰与酶的活性及糖耐受相关的独立分量IC1、IC6和IC7。选择β-葡萄糖苷酶Bgl1A的氨基酸残基共进化网络中位于蛋白质表面的氨基酸残基位点为突变位点,明晰了独立分量中与糖耐受关系密切的多个氨基酸残基位点,如独立分量IC1中的W325,独立分量IC7中的M323、K412以及独立分量IC6中的F172、C173、N226等。另一方面,基于序列和结构比对,以及氨基酸保守性分析,明晰葡萄糖耐受关键位点为位于底物通道外部的D322位点。以糖耐受性能发生显著改变的W325和D322位突变体为例,进行同源建模、分子对接等研究,明晰糖与氨基酸残基共进化网络之间的作用模式。依据氨基酸残基共进化网络与糖耐受性能的关系,选取关键的突变位点,以糖敏感的β-葡萄糖苷酶Bgl3A为例进行理性改造,获得多个糖耐受性提升的突变酶,突变酶的葡萄糖耐受性得以提升,显示出良好的应用潜力。

项目成果

期刊论文数量(2)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(1)
An unusual GH1 β-glucosidase from marine sediment with β-galactosidase and transglycosidation activities for superior galacto-oligosaccharide synthesis
一种来自海洋沉积物的不寻常的 GH1 β-葡萄糖苷酶,具有 β-半乳糖苷酶和转糖苷活性,可实现卓越的低聚半乳糖合成
  • DOI:
    10.1007/s00253-020-10578-z
  • 发表时间:
    2020-04-11
  • 期刊:
    APPLIED MICROBIOLOGY AND BIOTECHNOLOGY
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    Deng, Pengjun;Meng, Chunyu;Fang, Wei
  • 通讯作者:
    Fang, Wei
新型β-葡萄糖苷酶BglD2异源表达及水解虎杖苷能力
  • DOI:
    10.13345/j.cjb.200314
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    生物工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    何成;吴言;孟春雨;肖亚中;方泽民;房伟
  • 通讯作者:
    房伟

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其他文献

几种菊属植物及其种间杂种减数分
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 影响因子:
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槲皮素和黄芪甲苷对多药耐药铜绿假单胞菌抗菌活性的研究
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  • 通讯作者:
    刘玉存
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  • 发表时间:
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  • 作者:
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其他文献

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房伟的其他基金

GH1家族β-葡萄糖苷酶葡萄糖耐受机制研究:以Bgl1A和Bgl1B为例
  • 批准号:
    31300062
  • 批准年份:
    2013
  • 资助金额:
    22.0 万元
  • 项目类别:
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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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