2R,3R-丁二醇脱氢酶识别催化手性底物的结构和功能研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21506025
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    21.0万
  • 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:
    2018
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2018-12-31

项目摘要

2,3-Butanediol (2,3-BD) and acetoin (AC) regarded as C4 platform chemical, their biosynthesis is a hot spot of scientific researches. 2,3 Butanediol dehydrogenase (2,3-BDH) stereospecifically catalyzes the redox reaction between 2,3-BD and AC, and understanding of its molecular mechanism is essential for their biosynthesis. At present, although crystal structures of (2S,3S)-BDH and meso-BDH monomers and their inhibitor binding complexes were solved, due to the lack of (2R,3R)-BDH structural information, the mechanism for chiral substrate recognition by 2,3-BDH still remain unclear. To establish how 2,3-BDH possesses differential stereospecificities, we select (2R,3R)-BDH from Bacillus subtilis, crystalize and determine the X-ray crystal structures of (2R,3R)-BDH with chiral substrate complex. Combining with molecular simulation method such as molecular docking, structural analysis of (2R,3R)-BDH will discover the roles of catalytic residues on determining substrate stereospecificity. (2R,3R)-BDH mutants are created by site-direct mutagenesis of catalytic residues. Further structural analysis of the crystallized (2R,3R)-BDH mutants will help to clarify the subtle structural differences at the substrate-binding site like charge, polarity, hydrophobicity, and side chain conformations, and this will deepen our understanding of 2,3-BDH. Explaining the mechanism of chiral recognition of 2,3-BDH at the atomic level will enable further rational engineering of 2,3-BDH to change the topology of the substrate-binding site and adjust substrate stereoselectivity.
2,3-丁二醇和乙偶姻的生物合成是碳4平台化合物研究的热点,其核心科学问题是2,3-丁二醇脱氢酶(2,3-BDH)与手性底物特异识别及催化的分子机理。目前,虽然解析了(2S,3S)-BDH和meso-BDH单体和结合抑制剂的晶体结构,但是由于缺乏(2R,3R)-BDH的结构信息,导致2,3-BDH如何识别手性底物的分子机理不明确。本项目将通过解析枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)来源的(2R,3R)-BDH及其同手性底物复合物的X射线晶体结构,结合分子对接的分子模拟手段,确定(2R,3R)-BDH识别和催化手性底物的关键氨基酸残基。在此基础上,通过重组表达突变体,对比研究(2R,3R)-BDH与突变体之间的构象差异、酶学性质不同,明确关键氨基酸残基的性质(电荷、极性、疏水和侧链构象)在识别和催化手性底物中的作用,为实现2,3-BDH专一高效催化手性底物的功能改造奠定基础。

结项摘要

2,3-丁二醇和乙偶姻的生物合成是碳4平台化合物研究的热点,其核心科学问题是2,3-丁二醇脱氢酶(2,3-BDH)与手性底物特异识别及催化的分子机理。目前,虽然解析了(2S,3S)-BDH和meso-BDH单体和结合抑制剂的晶体结构,但是由于缺乏(2R,3R)-BDH的结构信息,导致2,3-BDH如何识别手性底物的分子机理不明确。本项目通过解析枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)来源的(2R,3R)-BDH及其同手性底物复合物的X射线晶体结构,结合分子对接的分子模拟手段,确定了(2R,3R)-BDH识别和催化手性底物的关键氨基酸残基。在此基础上,通过重组表达突变体,对比研究(2R,3R)-BDH与突变体之间的构象差异、酶学性质,明确关键氨基酸残基的性质(电荷、极性、疏水和侧链构象)在识别和催化手性底物中的作用,为实现2,3-BDH专一高效催化手性底物的功能改造奠定基础。

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)
Studies on structure-function relationships of acetolactate decarboxylase from Enterobacter cloacae.
阴沟肠杆菌乙酰乳酸脱羧酶结构与功能关系的研究
  • DOI:
    10.1039/c8ra07379a
  • 发表时间:
    2018-11-16
  • 期刊:
    RSC ADVANCES
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Ji, Fangling;Feng, Yanbin;Li, Mingyang;Yang, Yongliang;Wang, Tianqi;Wang, Jingyun;Bao, Yongming;Xue, Song
  • 通讯作者:
    Xue, Song
Rational design of Meso-2,3-butanediol dehydrogenase by molecular dynamics simulation and experimental evaluations
通过分子动力学模拟和实验评估合理设计内消旋2,3-丁二醇脱氢酶
  • DOI:
    10.1002/1873-3468.12834
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    FEBS LETTERS
  • 影响因子:
    3.5
  • 作者:
    Pu Zhongji;Ji Fangling;Wang Jingyun;Zhang Yue;Sun Wenhui;Bao Yongming;Bao Yongming;Pu ZJ;Bao YM
  • 通讯作者:
    Bao YM
Metabolic engineering of Bacillus sp for diacetyl production
用于生产二乙酰的芽孢杆菌代谢工程
  • DOI:
    10.1016/j.procbio.2017.04.015
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Process Biochemistry
  • 影响因子:
    4.4
  • 作者:
    Hao Wenbo;Ji Fangling;Wang Jingyun;Wang Yuepeng;Zhang Yue;Bao Yongming;Hao Wenbo;Bao Yongming;Bao YM
  • 通讯作者:
    Bao YM
Structural and enzymatic characterization of acetolactate decarboxylase from Bacillus subtilis
枯草芽孢杆菌乙酰乳酸脱羧酶的结构和酶学表征
  • DOI:
    10.1007/s00253-018-9049-7
  • 发表时间:
    2018-05
  • 期刊:
    APPLIED MICROBIOLOGY AND BIOTECHNOLOGY
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    姬芳玲;李明阳;冯彦斌;吴思晋;王天琪;蒲中机;王静云;杨永亮;薛松;包永明
  • 通讯作者:
    包永明

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大肠杆菌holo-ACP突变体的表达纯化及相应acyl-ACP的性质初探
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    10.15918/j.tbit1001-0645.2019.123
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    北京理工大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王文青;杨淼;冯延宾;姬芳玲;薛松
  • 通讯作者:
    薛松

其他文献

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多环芳烃结合磷脂酶A2受体的构效关系与自身免疫性膜性肾病的相关性研究
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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

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          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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