在国家杰出青年科学基金、国家自然科学青年基金项目的资助下，华体会体育化学与化工学院“生物转化与合成生物系统”研究团队李春教授课题组在生物化学国际知名期刊《Journal of Biological Chemistry》杂志上发表题为“Structure-guided engineering of the substrate specificity of a fungal β-glucuronidase toward triterpenoid saponins” 的研究论文。这项研究由华体会体育化学与化工学院李春教授课题组与中科院生物物理所江涛研究员课题组合作完成。文章链接：http://www.jbc.org/cgi/doi/10.1074/jbc.M117.801910

　　

　　图1. PGUS酶的晶体结构及其关键活性区域

　　萜烯类糖苷化合物是一类重要的天然产物，因其具有重要的生物活性和药用价值被广泛地应用于医药、食品和精细化工等领域。相比化学合成糖苷存在立体选择性差、工艺复杂等问题，酶在催化合成糖苷过程中具有良好的立体选择性。β-葡萄糖醛酸苷酶（GUS）属于糖苷水解酶家族GH1，GH2和GH79家族，能特异性水解D-葡糖醛酸糖基与苷元之间的β-糖苷键，在代谢性疾病的诊断和药物开发中均有重要的应用。目前科学家已经发现并解析了来源于人和细菌的GUS酶的晶体结构（Science, 2010. 330(6005): 831-835; Nature Structural Biology, 1996. 3(4): 375-81），本课题组在国际上首次解析了来自真菌的β-葡萄糖醛酸苷酶的结构及其与天然底物的识别催化机制。

　　图2. PGUS酶特异性水解GL生产GAMG和GA的结构机理

　　在本研究中，研究人员利用基因组数据挖掘、目标基因表达及其酶的高效制备、蛋白质纯化与晶体学研究，解析了来源于真菌Aspergillus oryzae中的β-葡萄糖醛酸苷酶 (PGUS)及其与产物单葡萄糖醛酸基甘草次酸（GAMG）的复合物晶体结构，揭示了PGUS在活性中心的疏水底物通道、催化关键活性口袋的区域结构，其序列与结构分析显示属于糖苷水解酶GH2家族。酶学性质表征PGUS具有严格的糖基特异性和宽泛的苷元适应性的分子机制，进一步通过结构比较，研究团队对PGUS进行了分子理性设计（图2）。在底物结合口袋中建立了其饱和突变文库，通过筛选获得的一系列突变酶，能够特异的催化水解甘草酸(GL)生产GAMG，底物特异性>95%，为进一步进行糖苷酶的分子改造提供了启示。该研究成果将有利于蛋白质工程策略构建更高效的特异性糖苷水解酶，为酶法合成甘草次酸衍生物类药物提供性质更优良的酶源。

　　生物转化与合成生物系统研究团队自2005年在北理工成立以来，专注于抗逆生物催化和合成生物学的研究，已在Metab Eng、Curr Opin Biotech、AIChE J、JBC、Chem Eng Sci、Chem Eng J、ACS Synth Biol、Nucleic Acids Res、Ind Eng Chem Res和Bioresource Technol等生物化学工程与化学工程领域的顶级期刊上发表文章120余篇，获授权发明专利21项，获省部级科技奖励5项。课题组致力于利用合成生物技术和酶催化技术革新传统微生物发酵与生物转化模式，将继续开展天然产物合成途径的构建、路径的优化与精确调控和生物过程集成的研究，为实现绿色、高效的药物、生物基化学品的生物制造提供新思路和新方法。