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): e2309852-e2309852 被引量:23
标识
DOI:10.1002/advs.202309852
摘要

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 (kcat/Km) 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 kcat-GlcNAc6P/Km-GlcNAc6P and a 59% decrease in kcat-Glc6P/Km-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
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
1秒前
2秒前
灯火阑珊完成签到 ,获得积分10
3秒前
呆萌的蚂蚁完成签到 ,获得积分10
5秒前
幸福妙柏完成签到 ,获得积分10
7秒前
色彩完成签到,获得积分10
7秒前
研友_n2Qv2L发布了新的文献求助10
7秒前
我不理解发布了新的文献求助10
10秒前
DKX完成签到 ,获得积分10
11秒前
qhuzhl完成签到,获得积分10
13秒前
18秒前
20秒前
执着的秋柳完成签到,获得积分10
20秒前
研友_n2Qv2L完成签到,获得积分10
21秒前
24秒前
123完成签到 ,获得积分10
26秒前
26秒前
耳东陈完成签到 ,获得积分10
27秒前
我不理解完成签到,获得积分10
27秒前
yes完成签到 ,获得积分10
31秒前
车干完成签到 ,获得积分10
33秒前
cepha完成签到 ,获得积分10
33秒前
152完成签到 ,获得积分10
34秒前
13633501455完成签到 ,获得积分10
36秒前
谦让鱼完成签到 ,获得积分10
38秒前
41秒前
guoxingliu完成签到,获得积分10
41秒前
科研通AI6.2应助cds采纳,获得10
46秒前
无语的羞花完成签到,获得积分10
48秒前
chenzihao完成签到,获得积分10
49秒前
她说肚子是吃大的i完成签到,获得积分10
55秒前
58秒前
iitj完成签到,获得积分10
1分钟前
Aoiny完成签到,获得积分10
1分钟前
武雨寒发布了新的文献求助10
1分钟前
山色青完成签到,获得积分10
1分钟前
cdercder应助科研通管家采纳,获得10
1分钟前
1分钟前
cds发布了新的文献求助10
1分钟前
小蘑菇应助科研通管家采纳,获得10
1分钟前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Essentials of Carbohydrate Chemistry and Biochemistry, 4th Edition 800
Navigating Normative Orders. Interdisciplinary Perspectives 800
1 Peter and Christ's Descent to the Dead in Its Early Christian Reception 700
Organizational Behavior 510
Management and the Arts 510
Matrix Methods in Data Mining and Pattern Recognition Second Edition 510
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 内科学 物理 复合材料 催化作用 细胞生物学 无机化学 光电子学 物理化学 电极 基因
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 7749930
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 9297625
关于积分的说明 20241088
捐赠科研通 7331393
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3309468
关于科研通互助平台的介绍 2461069
邀请新用户注册赠送积分活动 2321826