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Enzymatic C1 reduction using hydrogen in cofactor regeneration

Frontiers of Chemical Science and Engineering 2024年第7期18卷 33-40页

作者： Ruishuang Sun Chenqi Cao Qingyun Wang Hui Cao ulrich schwaneberg Yu Ji Luo Liu Haijun Xu Beijing Bioprocess Key Laboratory Beijing University of Chemical TechnologyBeijing 100029China Institute of Biotechnology Rheinisch-Westfälische Technische Hochschale(RWTH)AachenAachen 52074Germany

Carbon dioxide fixation presents a potential solution for mitigating the greenhouse gas *** carbon dioxide fixation,C1 compound reduction requires a high energy *** calculations suggest that the energy source for cofactor regeneration plays a vital role in the effective enzymatic C1 *** utilizes renewable hydrogen to achieve the regeneration and supply cofactor nicotinamide adenine dinucleotide(NADH),providing a driving force for the reduction reaction to reduce the thermodynamic barrier of the reaction cascade,and making the forward reduction pathway thermodynamically *** on the regeneration of cofactor NADH by hydrogenase,and coupled with formaldehyde dehydrogenase and formolase,a favorable thermodynamic mode of the C1 reduction pathway for reducing formate to dihydroxyacetone(DHA)was designed and *** resulted in accumulation of 373.19μmol·L^(-1) DHA after 2 h,and conversion reaching 7.47%.These results indicate that enzymatic utilization of hydrogen as the electron donor to regenerate NADH is of great significance to the sustainable and green development of bio-manufacturing because of its high economic efficiency,no by-products,and environment-friendly ***,formolase efficiently and selectively fixed the intermediate formaldehyde(FALD)to DHA,thermodynamically pulled formate to efficiently reduce to DHA,and finally stored the low-grade renewable energy into chemical energy with high energy density.

关键词： [NiFe]-hydrogenase SH formolase NADH regeneration C1 compound reduction thermodynamic calculation

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评论:塑料结合模块促进聚对苯二甲酸乙二醇酯的酶法降解

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生物工程学报 2023年第5期39卷 1883-1888页

作者：卢艺韩瑞枝 schwaneberg ulrich 季宇德国亚琛工业大学生物技术研究所德国亚琛52074 德国DWI莱布尼茨交互材料研究所德国亚琛52056

塑料的大量生产和无节制的使用已造成严重的环境污染。为了减少塑料废物对环境的影响,近年来塑料酶法降解已成为国内外研究者关注的热点。例如,通过蛋白质工程策略提高塑料降解酶催化活性和热稳定性,进一步提高酶法降解的效率。另外,通... 详细信息

塑料的大量生产和无节制的使用已造成严重的环境污染。为了减少塑料废物对环境的影响,近年来塑料酶法降解已成为国内外研究者关注的热点。例如,通过蛋白质工程策略提高塑料降解酶催化活性和热稳定性,进一步提高酶法降解的效率。另外,通过融合酶策略将塑料结合模块与塑料降解酶融合,也可以促进塑料降解。近期发表在期刊Chem Catalysis的一项研究表明,采用碳水化合物结合模块融合策略可以在低浓度(<10 wt%)的底物聚对苯二甲酸乙二醇酯[poly(ethylene terephthalate),PET]中提高塑料降解酶的活性。但是在高浓度底物(10 wt%−20 wt%)中,该策略无法提高PET的酶法降解。该项研究对于采用塑料结合模块促进酶法降解塑料具有重要的指导意义。

关键词：塑料降解酶塑料结合模块聚对苯二甲酸乙二醇酯

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深度学习指导的热裂褐藻角质酶工程用于促进PET解聚

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Chinese Journal of Catalysis 2023年第7期50卷 229-238页

作者：孟帅奇李忠玉张鹏 Francisca Contreras 季宇 ulrich schwaneberg 亚琛工业大学生物技术研究所德国北京化工大学北京生物过程重点实验室北京100029 莱布尼茨互动材料研究所德国

有效和可持续的聚合物循环经济需要低二氧化碳排放和高效的回收工艺.聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的酶解聚是使PET聚合物成为聚合物循环经济一部分的第一步.本文利用基于结构的深度学习模型来识别TfCut2中负责提高水解活性和增强稳定性的... 详细信息

有效和可持续的聚合物循环经济需要低二氧化碳排放和高效的回收工艺.聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的酶解聚是使PET聚合物成为聚合物循环经济一部分的第一步.本文利用基于结构的深度学习模型来识别TfCut2中负责提高水解活性和增强稳定性的残基.机器学习引导设计确定了新的有益位置(L32E,S35E,H77Y,R110L,S113E,T237Q,R245Q和E253H),对其进行评估并逐步重组,最终获得有益变体L32E/S113E/T237Q.与TfCut2WT相比,后一种TfCut2变体表现出更好的PET解聚性能:无定形PET膜,2.9倍的改进;结晶PET粉末(结晶度>40%),5.3倍的改进.就耐热性而言,变体L32E/S113E/T237Q的半灭活温度(T_(50)^(60))增加5.7℃.利用带耗散监测的石英晶体微量天平(QCM-D)实时监测PET水解过程,以研究涂覆在金传感器上的PET解聚动力学.构象动力学分析结果表明,取代诱导了变体L32E/S113E/T237Q的构象变化,其中主要构象使催化位点和PET之间的接触更紧密,促进了PET水解.总之,本文展示了蛋白质工程中深度学习模型在识别和设计高效PET解聚酶方面的潜力.

关键词：塑料热解聚对苯二甲酸乙二醇酯 TfCut2 机器学习带耗散监测的石英晶体微量天平定向转化

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电子转移途径中芳香族氨基酸的引入提高了细胞色素P450s的催化性能

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Chinese Journal of Catalysis 2023年第6期49卷 81-90页

作者：孟帅奇李忠玉季宇 Anna Joelle Ruff 刘珞 Mehdi D.Davari ulrich schwaneberg 亚琛工业大学生物技术研究所德国北京化工大学北京生物过程重点实验室北京100029 莱布尼茨植物生物化学研究所生物有机化学系德国莱布尼茨互动材料研究所德国

细胞色素P450s是用于生物合成的多功能催化剂.在P450催化循环中,需要两个电子来还原血红素铁,并通过电子转移途径(eTPs)激活随后的还原,该步骤是反应的限速步骤.本文重新设计了巨大芽孢杆菌P450 BM3的e TPs,大幅提高了其催化性能.通过在... 详细信息

细胞色素P450s是用于生物合成的多功能催化剂.在P450催化循环中,需要两个电子来还原血红素铁,并通过电子转移途径(eTPs)激活随后的还原,该步骤是反应的限速步骤.本文重新设计了巨大芽孢杆菌P450 BM3的e TPs,大幅提高了其催化性能.通过在P450 BM3的e TP中引入芳香族氨基酸,“最佳”变体P2H02(A399Y/Q403F)的催化效率比P450 BM3野生型催化效率提高了12.9倍(kcat/KM从65.8 L mol^(-1)s^(-1)提高到913.5 L mol^(-1)s^(-1)).分子动力学模拟和电子传递分析表明,在辅因子FMN和血红素之间引入的芳香族氨基酸可以显著提高电子转移速率和酶催化性能.同时,在电子传递途径中引入酪氨酸可以保护P450的催化中心,使其避免被氧化性中间产物所破坏,从而提高其催化效率.此外,引入芳香族氨基酸的策略被证明对其他P450(如CYP116B3)同样有效,改造后的酶表现出显著提高的催化效率.综上,本文策略有望拓展到其他带有长程电子传递链的氧化还原酶上,成为改造的通用策略.

关键词：定向进化 P450 BM3 蛋白质工程电子传递理性设计

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