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我组能量代谢控制研究取得重要进展
我组能量代谢控制研究取得重要进展
时间:2017-02-15    栏目:新闻动态

  近日,我组在微生物能量代谢控制研究方面取得重要进展,成功将无机化能传递给一种新的生物相容的能量载体,并首次实现对胞内物质转化途径的选择性驱动,研究成果发表在ACS Catalysis上(DOI: 10.1021/acscatal.6b03579)。

  能量代谢是生命活动的基本特征之一,需要能量载体(辅酶)介导。由于天然能量载体如还原型吡啶核苷酸辅酶NADH参与众多代谢反应和其它生物过程,使能量代谢调控存在选择性差和生物学效应可预见性低等突出问题。我组研究人员提出基于非天然辅酶的能量代谢控制策略。前期工作中,设计合成了非天然辅酶烟酰胺胞嘧啶二核苷酸NCD,改造氧化还原酶的辅酶结合口袋,筛选获得了非天然辅酶偏好型的突变酶,体外实验表明,突变酶可保持与野生酶相当的催化效率和底物/产物选择性等催化性能,从而创建了生物正交的氧化还原催化体系(J. Am. Chem. Soc., 2011, 133, 20857)。

  本研究中,成功改造并获得NCD偏好型亚磷酸脱氢酶突变体Pdh*,用于催化氧化亚磷酸盐高效产生还原型非天然辅酶NCDH。设计了系列体外多酶催化体系,发现NCDH介导的反应独立于其它依赖天然辅酶的反应,即具有选择性能量传递的特性。以大肠杆菌为宿主,采用基因工程手段过表达Pdh*、NCD偏好型苹果酸酶突变体Mae*和核苷酸转运蛋白Ndt;所得工程菌在亚磷酸盐、葡萄糖和催化量NCD存在下孵育,苹果酸产量和得率比不添加NCD的体系均有显著提高;而不表达Ndt的工程菌,体系中添加NCD对苹果酸积累无明显影响。结果说明,工程菌摄取NCD,利用亚磷酸盐为能量源,产生NCDH,选择性驱动Mae*催化的丙酮酸还原羧化反应合成苹果酸。研究成果为开展基于非天然辅酶的化学生物学和合成生物学研究具有重要参考价值。

  该研究得到了科技部973计划、国家自然科学基金委和催化基础国家重点实验室的资助。(文/图 宁思阳)

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