Reshaping Phosphatase Substrate Preference for Controlled Biosynthesis Using a “Design–Build–Test–Learn” Framework

酶动力学 基质(水族馆) 合理设计 产量(工程) 突变体 蛋白质工程 立体化学 生物化学 化学 生化工程 活动站点 生物 纳米技术 材料科学 工程类 生态学 基因 冶金
作者
Jiangong Lu,Xueqin Lv,Wenwen Yu,Jianing Zhang,Jianxing Lu,Yanfeng Liu,Jianghua Li,Guocheng Du,Jian Chen,Long Liu
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
卷期号:11 (22) 被引量:4
标识
DOI:10.1002/advs.202309852
摘要

Abstract Biosynthesis is the application of enzymes in microbial cell factories and has emerged as a promising alternative to chemical synthesis. However, natural enzymes with limited catalytic performance often need to be engineered to meet specific needs through a time‐consuming trial‐and‐error process. This study presents a quantum mechanics (QM)‐incorporated design–build–test–learn (DBTL) framework to rationally design phosphatase BT4131, an enzyme with an ambiguous substrate spectrum involved in N ‐acetylglucosamine (GlcNAc) biosynthesis. First, mutant M1 (L129Q) is designed using force field‐based methods, resulting in a 1.4‐fold increase in substrate preference ( k cat / K m ) toward GlcNAc‐6‐phosphate (GlcNAc6P). QM calculations indicate that the shift in substrate preference is caused by a 13.59 kcal mol −1 reduction in activation energy. Furthermore, an iterative computer‐aided design is conducted to stabilize the transition state. As a result, mutant M4 (I49Q/L129Q/G172L) with a 9.5‐fold increase in k cat‐GlcNAc6P / K m‐GlcNAc6P and a 59% decrease in k cat‐Glc6P / K m‐Glc6P is highly desirable compared to the wild type in the GlcNAc‐producing chassis. The GlcNAc titer increases to 217.3 g L −1 with a yield of 0.597 g (g glucose) −1 in a 50‐L bioreactor, representing the highest reported level. Collectively, this DBTL framework provides an easy yet fascinating approach to the rational design of enzymes for industrially viable biocatalysts.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
更新
大幅提高文件上传限制,最高150M (2024-4-1)

科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
所所应助轻松的小天鹅采纳,获得10
1秒前
2秒前
星辰大海应助科研通管家采纳,获得10
2秒前
chruse完成签到,获得积分10
3秒前
天真少年发布了新的文献求助10
4秒前
邱邱完成签到,获得积分10
4秒前
研友_VZG7GZ应助飘逸灵珊采纳,获得10
6秒前
苒苒完成签到,获得积分10
6秒前
胡萝卜的外套完成签到,获得积分10
7秒前
8秒前
白三烯发布了新的文献求助10
8秒前
8秒前
天真少年完成签到,获得积分10
9秒前
11秒前
Why发布了新的文献求助10
12秒前
文静的凡儿完成签到,获得积分10
12秒前
13秒前
陆雪完成签到,获得积分10
14秒前
14秒前
小毛驴发布了新的文献求助10
16秒前
16秒前
冰糕完成签到,获得积分10
17秒前
xz333126发布了新的文献求助10
18秒前
Y先生完成签到,获得积分10
19秒前
fangzheng完成签到,获得积分10
19秒前
qiongqiong发布了新的文献求助10
19秒前
xiaoGuo应助大桃采纳,获得10
20秒前
zl发布了新的文献求助10
20秒前
liu发布了新的文献求助10
20秒前
曾经的依风完成签到,获得积分10
21秒前
传奇3应助Why采纳,获得30
22秒前
26秒前
苗条的冰棍完成签到,获得积分10
26秒前
29秒前
29秒前
30秒前
星期五完成签到 ,获得积分10
30秒前
keyandog完成签到,获得积分10
31秒前
直率的勒发布了新的文献求助10
32秒前
liu完成签到,获得积分10
32秒前
高分求助中
Sustainability in Tides Chemistry 2800
The Young builders of New china : the visit of the delegation of the WFDY to the Chinese People's Republic 1000
Rechtsphilosophie 1000
Bayesian Models of Cognition:Reverse Engineering the Mind 888
Le dégorgement réflexe des Acridiens 800
Defense against predation 800
Very-high-order BVD Schemes Using β-variable THINC Method 568
热门求助领域 (近24小时)
化学 医学 生物 材料科学 工程类 有机化学 生物化学 物理 内科学 纳米技术 计算机科学 化学工程 复合材料 基因 遗传学 催化作用 物理化学 免疫学 量子力学 细胞生物学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 3136060
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 2786881
关于积分的说明 7779829
捐赠科研通 2443052
什么是DOI,文献DOI怎么找? 1298859
科研通“疑难数据库(出版商)”最低求助积分说明 625232
版权声明 600870