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6-磷酸葡萄糖脱氢酶在基于烟酰胺的仿生体上的辅酶工程及其作为葡萄糖生物传感器的应用
ACS Catalysis ( IF 11.3 ) Pub Date : 2023-01-20 , DOI: 10.1021/acscatal.2c04707
Dongdong Meng 1 , Meixia Liu 1, 2 , Hao Su 1, 3 , Haiyan Song 1 , Lijie Chen 1, 4 , Qiangzi Li 1, 2 , Ya-nan Liu 1 , Zhiguang Zhu 1 , Weidong Liu 1 , Xiang Sheng 1, 2, 3 , Chun You 1, 2, 3 , Yi-Heng P. Job Zhang 1, 5
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烟酰胺腺嘌呤二核苷酸 (NAD(P) + ) 依赖性氧化还原酶已被广泛用作许多应用的生物催化剂,例如体外生物制造和生物传感器。仿生烟酰胺辅酶 (BNC) 在酶促氧化还原级联中的应用构成了一种有前途的替代方案,可以消除对昂贵的天然 NAD(P) +辅酶的需求。在此,我们证明了来自运动发酵单胞菌( ZmG6PDH ) 的葡萄糖 6-磷酸脱氢酶的辅酶工程提高了其氧化酰胺单核苷酸 ( NMN +). 与野生型 (WT) 酶相比,最佳突变体 R4 对 NMN +的催化效率提高了 112 倍,两个辅酶特异性值分别增加了 4.7 × 10 3和 2.6 × 10 3倍 ([ k cat / K m ] NMN + /[ k cat / K m ] NAD +和 [ k cat / K m ] NMN + /[ k cat / K m ] NADP +), 分别。为了深入了解酶及其突变体的结构-功能关系,我们确定了 WT G6PDH (apo-WT) 和突变体 R4 和 NMN + (R4:NMN + ) 的复合物的晶体结构,并进行了分子动力学模拟G6PDH/底物(葡萄糖-6-磷酸,G6P)/辅酶的三元复合物。结果表明,突变体 R4 中辅酶结合 Rossmann 样结构域的螺旋区域比野生型酶更接近活性位点,从而产生更紧凑的底物/辅酶结合位点,有利于底物的结合G6P 和 NMN +。此外,基于葡萄糖激酶 (GK)/G6PDH-NMN +的葡萄糖生物传感器以NMN +为辅酶构建了无需冷冻保存的生物系统。这些结果表明BNCs和氧化还原酶的组合可以广泛应用于生物传感器、生物催化和体外生物制造。



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更新日期:2023-01-20
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