Identification of isoliquiritigenin as an activator that stimulates the enzymatic production of glycyrrhetinic acid monoglucuronide
- 作者
- Xiaoxue Wang, Dong Wang, Yixin Huo, Dazhang Dai, Chihua Li, Chun Li, Guiyan Liu
- 杂志
- Scientific Reports（2017）
- DOI
- 10.1038/s41598-017-10154-y
- 所属领域
- 代谢工程
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解决的核心问题
β-葡萄糖醛酸酶是甘草酸(GL)生物转化为甘草次酸单葡萄糖醛酸(GAMG)的关键酶，但其活性较低，限制了GAMG的工业化生产。需要寻找能显著增强该酶活性的激活剂。
研究策略
从甘草总黄酮(TFG)中分离出六种黄酮类化合物，在体外酶反应体系中筛选能增强β-葡萄糖醛酸酶活性的有效成分，通过HPLC测定产物GAMG产量，并用动力学参数和活化能分析激活机制。
研究路线图
核心内容
该研究以产β-葡萄糖醛酸酶的紫青霉Li-3为对象，旨在解决甘草酸转化为高价值产物甘草次酸单葡萄糖醛酸（GAMG）过程中酶活性不足的问题。研究人员从甘草总黄酮中分离出六种黄酮类化合物，在体外酶反应体系中筛选能够增强β-葡萄糖醛酸酶活性的有效成分，并通过HPLC测定GAMG产量。结果显示，异甘草素（ISL）被首次鉴定为该酶的高效激活剂：当ISL与甘草酸摩尔比为3:10时，GAMG生成速率由对照组的2.63 μmol/(L·min)提升至7.01 μmol/(L·min)，酶活性提高2.66倍。动力学分析表明，ISL使米氏常数Km从0.41 mmol降至0.26 mmol，最大反应速率Vmax从0.45 mmol/h升至1.05 mmol/h，表观活化能由56.07 kJ/mol降至52.53 kJ/mol，说明ISL通过增强酶与底物的亲和力并降低反应能垒来促进转化。该发现为GAMG的工业化酶法生产提供了低成本、高效的激活策略。
创新点
首次发现并鉴定异甘草素(ISL)为β-葡萄糖醛酸酶的激活剂；ISL能够显著提高酶活性（2.66倍），降低米氏常数Km和表观活化能Ea，为GAMG的工业化生产提供了新方法。
研究对象（1）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Penicillium purpurogenum Li-3 | 甘草酸(GL)水解生成甘草次酸单葡萄糖醛酸(GAMG) | — | β-葡萄糖醛酸酶(β-glucuronidase, PGUS) | 催化 | 该菌株产生β-葡萄糖醛酸酶，可催化GL选择性水解为GAMG |
关键发现
- 添加ISL（ISL与GL摩尔比3:10）时，GAMG生成速率从对照组的2.63 μmol/(L·min)提高到7.01 μmol/(L·min)，酶活性提高2.66倍
- 动力学参数中Km从0.41 mmol降至0.26 mmol，Vmax从0.45 mmol/h升至1.05 mmol/h
- Arrhenius计算显示活化能从56.07 kJ/mol降至52.53 kJ/mol，降幅6.31%。此外，TFG可使β-葡萄糖醛酸酶比活力从94 U/mdb提高到145 U/mdb（2倍剂量时），而TSG和TTG对酶活的影响不同。
研究结论
异甘草素(ISL)是β-葡萄糖醛酸酶的高效激活剂，通过增强酶与底物GL的亲和力并降低活化能，显著促进GL向GAMG的酶促转化，具有工业应用潜力。