Efficient Production of Neohesperidin Enabled by Protein Engineering of Rhamnosyltransferase Cm1,2RhaT

橙皮素 化学 基质(水族馆) 鼠李糖 生物化学 食品科学 类黄酮 多糖 生物 抗氧化剂 生态学
作者
Qiang Xue,Xinyao Su,Wan-Tong Yu,Jia Liu,Kangxin Hou,Caixia Wang
出处
期刊:ACS Sustainable Chemistry & Engineering [American Chemical Society]
卷期号:12 (5): 1960-1972 被引量:11
标识
DOI:10.1021/acssuschemeng.3c06262
摘要

Neohesperidin dihydrochalcone, a natural sweetener used extensively in food processing, is predominantly derived from neohesperidin hydrogenation. However, its production is challenged by low neohesperidin content in plants and limited enzyme activity of rhamnosyltransferase Cm1,2RhaT, vital for converting hesperetin 7-O-glucoside to neohesperidin. To augment Cm1,2RhaT’s catalytic activity, we used a hybrid of structure-based semirational design and error-prone PCR to engineer a mutant, 49A/50ACm1,2RhaT, a 136-fold increase in catalytic efficiency toward hesperetin 7-O-glucoside. MD simulations and QM/MM computations suggest the enhanced enzymatic activity likely stems from the formation of an optimal substrate pocket that promotes substrate–ligand interaction and decreases reaction energy requirements. Using 49A/50ACm1,2RhaT, neohesperidin production peaked at 7.63 g/L. Furthermore, we established Cm1,2RhaT could expedite rhamnose transfer from UDP-rhamnose to the C-2 hydroxy in not just flavanones and flavones’ 7-O-glucose, but chalcones and isoflavones’ 7-O-glucose. This pioneering study provides new prospects for scalable neohesperidin production and effective biocatalysts for synthesizing valuable flavonoids.
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