我所實現高途徑選擇性物質能量傳遞

  近日,我所生物質高效轉化研究組(1816組)趙宗保研究員團隊成功構建出甲酸驅動、非天然輔酶介導的途徑選擇性物質和能量傳遞體系,為理性調控胞內能量傳遞和二氧化碳固定研究提供了新思路。

  

  煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD)是胞內不可或缺的輔酶,參與能量傳遞等復雜代謝過程。改變胞內NAD等輔酶水平,會導致全局性且難以預測的生物學效應。為突破基于天然輔酶代謝調控的局限,該團隊致力于非天然輔酶相關研究。前期工作中通過定向進化獲得了多種氧化還原酶的非天然輔酶依賴型突變體,構建出正交氧化還原催化體系(J. Am. Chem. Soc., )。此外,對亞磷酸脫氫酶進行輔酶偏好性改造,闡釋了輔酶偏好性改變的分子基礎(ACS Catal., ),并構建了亞磷酸驅動的有機酸合成體系,選擇性向工程菌的物質代謝途徑傳遞能量(ACS Catal., )。

  本研究通過定向進化獲得非天然輔酶煙酰胺胞嘧啶二核苷酸(NCD)偏好型甲酸脫氫酶(FDH*),在純酶水平耦聯NCD偏好型蘋果酸酶突變體(ME*),構建了新的正交氧化還原體系,證明其可利用甲酸來源的碳和還原力進行丙酮酸還原羧化;進一步在微生物細胞內構建甲酸驅動、NCD介導的蘋果酸生物合成體系。該研究逆轉了胞內蘋果酸節點的代謝流方向,對人工設計代謝途徑、選擇性調控細胞物質能量代謝具有重要參考價值。

  相關研究成果以通訊形式發表在《德國應用化學》上。該研究得到國家自然科學基金和大連化物所-青島能源所融合基金等資助。同時,這也是獻禮我所七十周年所慶文章之一。(文/圖 郭瀟佳)

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