作為生物質的重要組成，淀粉是植物通過光合作用將太陽能轉化為化學能后的能量載體。
隨著合成生物學與生物催化技術發展，科研人員已實現以“一碳化合物”為原料的人工淀粉創制。Amylomaltases（AM）是淀粉修飾的關鍵酶，可通過獨特的環化特征調控淀粉生化特性，形成α-1,4-糖苷連接的大環多糖（CA）。CA工業應用快速發展，但AM環化過程機制的復雜性，以及轉糖苷酶家族中轉糖基化與水解的相互作用仍然未知，制約了該生物質利用關鍵酶的智能塑造和性能提升。
近日，中國科學院天津工業生物技術研究所與亞熱帶農業生態研究所合作，在淀粉修飾研究方面取得進展。研究團隊利用大規模分子模擬、二維自由能計算、QM/MM量化計算，以原子分辨率揭示AM共價和非共價的完整催化循環，確定了CA合成的決速步驟。在生化實驗中，團隊通過策略性調節多糖鏈轉移步驟，獲得多個活性增強的突變體。酶促動力學結果表明，酶性能提升源于底物轉移途徑中酶與底物的親和力下降，從而加快糖鏈在AM表面的轉移，促進環化過程。
進一步，團隊利用Mass spectrometry檢測發現，在AM催化多糖底物后，生成聚合度范圍為22至61的CA，證實了理論計算推測。團隊同時探討AM中轉糖基化和水解關系這一問題，量化了二者之間的動力學競爭平衡，為設計具有更高效率和特異性的轉糖苷酶提供了機制見解。
這一工作從工業性能角度，對CA生物合成過程進行分子水平研究，為AM家族提供了工程藍圖。
相關研究成果發表在《美國化學會志》（JACS）上。研究工作得到中國科學院戰略性先導科技專項等的支持。
論文鏈接
AM轉糖基化反應QM/MM計算示意圖
本文鏈接：淀粉修飾研究獲進展http://www.sq15.cn/show-12-1712-0.html
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