南京農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院Josef Voglmeir 教授團(tuán)隊(duì)在Solitalea canadensis中發(fā)現(xiàn)“木糖再生補(bǔ)救途徑”

　　近日，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院糖組學(xué)與糖生物工程研究中心Josef Voglmeir教授團(tuán)隊(duì)在國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《Green Chemistry》上在線發(fā)表了題為“Substrate promiscuities of a bacterial galactokinase and a glucose-1-phosphate uridyltransferase enable xylose salvaging”的研究論文。

 

　　該研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)來(lái)自Solitalea canadensis的半乳糖激酶 （ScGalK）具有廣泛的底物適應(yīng)性，可以在三磷酸腺苷（ATP）存在的情況下將游離木糖（Xylose）轉(zhuǎn)化為木糖-1-磷酸（Xylose-1-P），這是第一個(gè)從自然界中發(fā)現(xiàn)的可以對(duì)木糖進(jìn)行磷酸化的糖激酶。

 

　　此外，同樣來(lái)自Solitalea canadensis的葡萄糖-1-磷酸尿苷轉(zhuǎn)移酶（ScGPUT） 能夠在三磷酸尿苷（UTP）存在的情況下進(jìn)一步將上述合成的木糖-1-磷酸（Xylose-1-P）轉(zhuǎn)化為尿苷二磷酸木糖 （UDP -木糖），從而可以作為木糖的活化糖基供體合成含有木糖的終末產(chǎn)物，實(shí)現(xiàn)木糖的循環(huán)再生利用。 這種雙酶“木糖再生補(bǔ)救途徑”（圖1b）是自17 年前在細(xì)菌中發(fā)現(xiàn)“巖藻糖再生補(bǔ)救途徑”（Science, 2005, 307 （5716）：1778-81） 后發(fā)現(xiàn)的另一種細(xì)菌中存在的新的“單糖再生補(bǔ)救途徑”，與已知的磷酸戊糖的木糖再生途徑（圖1a）相比，這種新型“木糖再生補(bǔ)救途徑”顯著降低了對(duì)輔助因子的需求，同時(shí)極大提高了原子經(jīng)濟(jì)性（Atom economy）和碳效率（Carbon efficiency）。

 

　　該研究還發(fā)現(xiàn)，ScGalK催化木糖磷酸化反應(yīng)可用于替代木糖化學(xué)法合成中的化學(xué)磷酸化步驟，立體選擇性地合成純的α-端基木糖-1-磷酸，而不是α-和β-兩種構(gòu)型的混合物。

 

　　該論文發(fā)現(xiàn)的 ScGalK 和 ScGPUT 兩種酶在未來(lái)將成為合成UDP-木糖的有力工具，其底物價(jià)格低廉、酶活性和穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)將為實(shí)現(xiàn)低成本高效生產(chǎn)UDP-木糖打下基礎(chǔ)，一旦實(shí)現(xiàn)了UDP-木糖的更大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)，生物學(xué)和醫(yī)學(xué)相關(guān)的含木糖糖綴合物的合成研究與應(yīng)用也將獲得極大的促進(jìn)和發(fā)展，同時(shí)也將為相關(guān)糖科學(xué)領(lǐng)域的研究工作提供極大的便利。

 

　　本研究工作以南京農(nóng)業(yè)大學(xué)為第一單位。南京農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院Josef Voglmeir教授和瑞典斯德哥爾摩大學(xué)G?ran Widmalm教授為該論文的共同通訊作者，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院2020級(jí)博士研究生石金敏和2018級(jí)碩士研究生吳婷婷為論文共同第一作者。本研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金 （NSFC 31471703, 31671854, 31871793, 31871754）、瑞典研究委員會(huì) （2017-03703）和the Knut and Alice Wallenberg 基金的資助。