己二酸生物合成關(guān)鍵酶設(shè)計(jì)優(yōu)化和應(yīng)用研究獲進(jìn)展

　　己二酸是一種重要的二元酸，主要作為單體用于尼龍等聚合材料的合成。目前己二酸主要通過化學(xué)法生產(chǎn)，其原料來源于石油基產(chǎn)品，并且硝酸氧化過程會(huì)對(duì)環(huán)境帶來嚴(yán)重影響，因此生物法合成己二酸受到人們廣泛關(guān)注。要實(shí)現(xiàn)己二酸的生物合成，獲得高效的合成酶是關(guān)鍵。最近，中國(guó)科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所進(jìn)化與代謝工程研究組與南開大學(xué)林建平研究組合作，對(duì)己二酸生物合成途徑中的重要關(guān)鍵酶兒茶酚1,2-雙加氧酶進(jìn)行了理性設(shè)計(jì)和優(yōu)化改造，有效提升了己二酸前體物粘康酸的產(chǎn)量。

　　兒茶酚1,2-雙加氧酶可將兒茶酚轉(zhuǎn)化為粘康酸，然后經(jīng)過化學(xué)氫化獲得己二酸（圖1）。為了提高和改善兒茶酚1,2-雙加氧酶的性能，基于Acinetobacter sp. ADP1的兒茶酚1,2-雙加氧酶CatA的蛋白晶體結(jié)構(gòu)信息，通過分子建模確認(rèn)G72、L73和P76是影響酶活的關(guān)鍵氨基酸殘基，定點(diǎn)突變發(fā)現(xiàn)L73F、P76A以及L73F/P76A可以有效提高突變體的酶活，最高達(dá)10倍左右。進(jìn)一步的動(dòng)力學(xué)表征也顯示突變可以增加酶的反應(yīng)速度。發(fā)酵實(shí)驗(yàn)表明，突變體相比出發(fā)株粘康酸產(chǎn)量提高超過25%。進(jìn)一步計(jì)算模擬解析了突變的分子機(jī)制，研究發(fā)現(xiàn)引入突變后可以使酶的底物結(jié)合腔變大，從而導(dǎo)致底物容易進(jìn)入結(jié)合腔，加快酶反應(yīng)速度，增加酶活性（圖2）。

　　該研究獲得科技部“973”計(jì)劃和國(guó)家自然科學(xué)基金的支持，相關(guān)研究成果已發(fā)表在Scientific Reports，天津工生所畢業(yè)博士研究生韓麗為論文的第一作者。

圖1 己二酸生物合成途徑

圖2 野生型CatA及其突變體結(jié)合腔示意圖（藍(lán)色的網(wǎng)代表結(jié)合腔）