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中科院大連化物所能量代謝控制研究取得新進(jìn)展

佚名 2024-05-22 23:53:33

近日

，中科院大連化物所趙宗保研究員帶領(lǐng)生物質(zhì)高效轉(zhuǎn)化研究團(tuán)隊在微生物能量代謝控制研究方面取得新進(jìn)展
，成功將無機(jī)化能傳遞給一種可與生物相容的能量載體
，并實現(xiàn)了對細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)轉(zhuǎn)化途徑的選擇性驅(qū)動，相關(guān)研究成果發(fā)表在美國化學(xué)會催化雜志上
。

能量代謝是生命活動的基本特征之一，需要能量載體（輔酶）介導(dǎo)

。天然能量載體如還原型吡啶核苷酸輔酶
，由于可參與眾多代謝反應(yīng)和其它生物過程
，使能量代謝調(diào)控存在選擇性差、生物學(xué)效應(yīng)可預(yù)見性低等突出問題
。因此
，該研究團(tuán)隊提出基于非天然輔酶的能量代謝控制策略。前期工作中
，設(shè)計合成了非天然輔酶煙酰胺胞嘧啶二核苷酸
，改造了氧化還原酶的輔酶結(jié)合口袋，篩選得到非天然輔酶偏好型的突變酶
；體外實驗表明
，突變酶可保持與野生酶相當(dāng)?shù)拇呋省⒌孜?產(chǎn)物選擇性等催化性能
，從而創(chuàng)建了生物正交的氧化還原催化體系
。

研究人員成功改造并獲得了NCD偏好型亞磷酸脫氫酶突變體Pdh*，以用于催化氧化亞磷酸鹽高效產(chǎn)生還原型非天然輔酶NCDH

；設(shè)計了一系列體外多酶催化體系
，發(fā)現(xiàn)NCDH介導(dǎo)的反應(yīng)獨立于其它依賴天然輔酶的反應(yīng)，即具有選擇性能量傳遞的特性
。以大腸桿菌為宿主
，采用基因工程手段過表達(dá)Pdh*、NCD偏好型蘋果酸酶突變體Mae*和核苷酸轉(zhuǎn)運蛋白Ndt
，所得工程菌在亞磷酸鹽
、葡萄糖和催化量NCD存在下孵育，蘋果酸產(chǎn)量和得率比不添加NCD的體系均有顯著提高
；而不表達(dá)Ndt的工程菌
，體系中添加NCD對蘋果酸積累無明顯影響。結(jié)果說明
，工程菌攝取NCD
，利用亞磷酸鹽為能量源，產(chǎn)生NCDH
，選擇性驅(qū)動Mae*催化的丙酮酸還原羧化反應(yīng)合成蘋果酸
。

研究成果為開展基于非天然輔酶的化學(xué)生物學(xué)和合成生物學(xué)研究提供了科學(xué)依據(jù)。

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