赵宗保课题组《德国应用化学》：实现高途径选择性物质能量传递

youwuyang

中国科学院大连化学物理研究所生物质高效转化研究组（1816组）研究员赵宗保团队成功构建出甲酸驱动、非天然辅酶介导的途径选择性物质和能量传递体系，为理性调控胞内能量传递和二氧化碳固定研究提供了新思路。

高途径选择性物质能量传递

　　烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD）是胞内不可或缺的辅酶，参与能量传递等复杂代谢过程。改变胞内NAD等辅酶水平，会导致全局性且难以预测的生物学效应。为突破基于天然辅酶代谢调控的局限，该团队致力于非天然辅酶相关研究。前期工作中通过定向进化获得了多种氧化还原酶的非天然辅酶依赖型突变体，构建出正交氧化还原催化体系（J. Am. Chem. Soc.）。此外，对亚磷酸脱氢酶进行辅酶偏好性改造，阐释了辅酶偏好性改变的分子基础（ACS Catal.），并构建了亚磷酸驱动的有机酸合成体系，选择性向工程菌的物质代谢途径传递能量（ACS Catal.）。
　　该研究通过定向进化获得非天然辅酶烟酰胺胞嘧啶二核苷酸（NCD）偏好型甲酸脱氢酶（FDH*），在纯酶水平耦联NCD偏好型苹果酸酶突变体（ME*），构建了新的正交氧化还原体系，证明其可利用甲酸来源的碳和还原力进行丙酮酸还原羧化；进一步在微生物细胞内构建甲酸驱动、NCD介导的苹果酸生物合成体系。该研究逆转了胞内苹果酸节点的代谢流方向，对人工设计代谢途径、选择性调控细胞物质能量代谢具有重要参考价值。
　　相关研究成果以通讯形式发表在《德国应用化学》上。该研究得到国家自然科学基金和大连化物所-青岛能源所融合基金等资助。


       赵宗保，大连化物所生物技术部副主任，研究组组长，研究员，博士生导师。国家杰出青年科学基金获得者。中国科学院“百人计划”引进国外杰出人才。曾获中国科学院“朱李月华”优秀教师、大连市归国留学人员“创业英才”、大连市劳动模范等荣誉。中国化学会化学生物学专业委员会委员。中国化工学会离子液体专业委员会委员。中国可再生能源学会生物质能专业委员会理事。中国能源学会专家委员会委员。中国石化联合会生物化工与生物质能源专业委员会委员。美国化学会、英国皇家化学会、美国微生物学会、美国生物化学和分子生物学学会和中国生物工程学会会员。享受国务院政府特殊津贴。已在Nature, Nat. Commun., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, J. Am. Chem. Soc., Green Chem., Biotechnol. Biofuels, Bioresour. Technol.等重要学术刊物上发表论文180余篇，申请专利70余件。


     NADH（Nicotinamide adenine dinucleotide）是一种化学物质，是烟酰胺腺嘌呤二核苷酸的还原态，还原型辅酶Ⅰ。N指烟酰胺，A指腺嘌呤，D是二核苷酸。因NADH主要在细胞中参与物质和能量代谢，产生于糖酵解和细胞呼吸作用中的柠檬酸循环，并作为生物氢的载体和电子供体，在线粒体内膜上通过氧化磷酸化过程，转移能量供给ATP合成，所以NADH又被称为线粒体素。理论上，1分子NADH释放的能量，可以合成2.5分子ATP。 NADH 在维持细胞生长、分化和能量代谢以及细胞保护方面起着重要作用。NADH产生于糖酵解和细胞呼吸作用中的柠檬酸循环。NADH分子是线粒体中能量产生链中的控制标志物。监视NADH的氧化还原状态是表征活体内线粒体功能的最佳参数。紫外光可以在线粒体中激发NADH产生荧光，用来监测线粒体功能。