发酵乳杆菌来源l-阿拉伯糖异构酶理性设计及在d-塔格糖生产中的应用
作者:
  • 李娟

    李娟

    江南大学 食品科学与技术国家重点实验室, 江苏 无锡 214122;江南大学生物工程学院 工业生物技术教育部重点实验室, 江苏 无锡 214122;江南大学 教育部食品安全国际合作联合实验室, 江苏 无锡 214122
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  • 吴敬

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    江南大学 食品科学与技术国家重点实验室, 江苏 无锡 214122;江南大学生物工程学院 工业生物技术教育部重点实验室, 江苏 无锡 214122;江南大学 教育部食品安全国际合作联合实验室, 江苏 无锡 214122
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  • 陈晟

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  • 夏伟

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    江南大学 食品科学与技术国家重点实验室, 江苏 无锡 214122;江南大学生物工程学院 工业生物技术教育部重点实验室, 江苏 无锡 214122;江南大学 教育部食品安全国际合作联合实验室, 江苏 无锡 214122
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基金项目:

国家自然科学基金(31801472, 31730067);江苏省自然科学基金(BK20180604)


Rational design of l-arabinose isomerase from Lactobacillus fermentum and its application in d-tagatose production
Author:
  • LI Juan

    LI Juan

    State Key Laboratory of Food Science and Technology, Jiangnan University, Wuxi 214122, Jiangsu, China;Key Laboratory of Industrial Biotechnology, Ministry of Education, School of Biotechnology, Jiangnan University, Wuxi 214122, Jiangsu, China;International Joint Laboratory on Food Safety, Ministry of Education, Jiangnan University, Wuxi 214122, Jiangsu, China
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  • WU Jing

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  • CHEN Sheng

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  • XIA Wei

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    State Key Laboratory of Food Science and Technology, Jiangnan University, Wuxi 214122, Jiangsu, China;Key Laboratory of Industrial Biotechnology, Ministry of Education, School of Biotechnology, Jiangnan University, Wuxi 214122, Jiangsu, China;International Joint Laboratory on Food Safety, Ministry of Education, Jiangnan University, Wuxi 214122, Jiangsu, China
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    摘要:

    l-阿拉伯糖异构酶(l-arabinose isomerase, l-AI)是d-半乳糖异构化生成d-塔格糖的关键酶。为提高l-阿拉伯糖异构酶对d-半乳糖的活性及在生物转化中的转化率,本研究对发酵乳杆菌(Lactobacillus fermentum) CGMCC2921来源的l-阿拉伯糖异构酶进行重组表达和生物转化应用,并对其底物结合口袋进行理性设计以提高酶对d-半乳糖亲和力和催化活性。结果显示,突变体F279I对d-半乳糖的转化率提高至野生型酶的1.4倍,进一步叠加获得的双突变体M185A/F279I的Kmkcat分别为530.8 mmol/L与19.9 s-1,底物亲和力显著提高,催化效率提高至野生型酶的8.2倍。以400 g/L乳糖为底物时,突变酶M185A/F279I转化率高达22.8%。本研究在乳糖高值化生产塔格糖方面具有重要的应用价值。

    Abstract:

    l-arabinose isomerase (l-AI) is the key enzyme that isomerizes d-galactose to d-tagatose. In this study, to improve the activity of l-arabinose isomerase on d-galactose and its conversion rate in biotransformation, an l-arabinose isomerase from Lactobacillus fermentum CGMCC2921 was recombinantly expressed and applied in biotransformation. Moreover, its substrate binding pocket was rationally designed to improve the affinity and catalytic activity on d-galactose. We show that the conversion of d-galactose by variant F279I was increased 1.4 times that of the wild-type enzyme. The Km and kcat values of the double mutant M185A/F279I obtained by superimposed mutation were 530.8 mmol/L and 19.9 s-1, respectively, and the catalytic efficiency was increased 8.2 times that of the wild type. When 400 g/L lactose was used as the substrate, the conversion rate of M185A/F279I reached a high level of 22.8%, which shows great application potential for the enzymatic production of tagatose from lactose.

    参考文献
    相似文献
    引证文献
引用本文

李娟,吴敬,陈晟,夏伟. 发酵乳杆菌来源l-阿拉伯糖异构酶理性设计及在d-塔格糖生产中的应用[J]. 生物工程学报, 2023, 39(3): 1107-1118

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  • 收稿日期:2022-10-07
  • 录用日期:2023-01-07
  • 在线发布日期: 2023-03-10
  • 出版日期: 2023-03-25
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