Isolation and characterization of novel ginsenoside-hydrolyzing glycosidase from Microbacterium esteraromaticum that transforms ginsenoside Rb2 to rare ginsenoside 20(S)-Rg3
- 作者
- Lin-Hu Quan, Chao Wang, Yan Jin, Ting-Rui Wang, Yeon-Ju Kim, Deok Chun Yang
- 单位
- Department of Oriental Medicinal Material and Processing, College of Life Science, Kyung-Hee University; Department of Key Laboratory of Nature Resource of the Changbai Mountain and Functional Molecular, Yanbian University; Department of YanBian DaYangGinseng Industry Company Limited
- 杂志
- Antonie van Leeuwenhoek（2013）
- DOI
- 10.1007/s10482-013-9933-1
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
稀有人参皂苷20(S)-Rg3在天然人参中含量极低而难以获得，需要开发高选择性、高效率的酶法转化方法，以从主要人参皂苷Rb2制备20(S)-Rg3。
研究策略
从Microbacterium esteraromaticum GS514中筛选并克隆新型糖苷酶基因bgp2，在E. coli BL21(DE3)中异源表达，经亲和纯化获得重组酶Bgp2，研究其酶学性质并分析其催化人参皂苷Rb2的转化路径。
核心内容
本研究从Microbacterium esteraromaticum GS514中筛选并克隆了新型糖苷酶基因bgp2，该基因全长2430 bp，编码809个氨基酸，在E. coli BL21(DE3)中异源表达后经亲和纯化获得分子量约87 kDa的重组酶Bgp2。酶学性质研究表明，Bgp2属于糖苷水解酶家族2，兼具α-L-阿拉伯吡喃糖苷酶和β-D-葡萄糖苷酶双重活性，对pNP-α-L-阿拉伯吡喃糖苷底物活性最高。在pH 7.0磷酸钠缓冲液和40℃条件下，以0.1 mg/mL酶作用于1.0 mg/mL人参皂苷Rb2，120分钟内可生成0.47 mg/mL稀有人参皂苷20(S)-Rg3，摩尔转化率达65%。通过产物分析明确了转化路径为Rb2→Rd→20(S)-Rg3，即酶选择性水解C-20位阿拉伯吡喃糖基和葡萄糖基。这是首次报道利用重组糖苷酶将Rb2直接高效转化为20(S)-Rg3，为稀有人参皂苷的工业化酶法制备提供了新的催化剂选择。
创新点
首次报道利用重组糖苷酶将人参皂苷Rb2直接生物转化为稀有皂苷20(S)-Rg3；该酶属于糖苷水解酶家族2，具有α-L-阿拉伯吡喃糖苷酶和β-D-葡萄糖苷酶双重活性，能选择性水解C-20位糖基。
研究对象（2）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Escherichia coli BL21(DE3) | 人参皂苷生物转化 | bgp2 | Bgp2 | 催化 | 重组表达宿主，用于生产Bgp2酶，催化人参皂苷Rb2→Rd→20(S)-Rg3 |
| Microbacterium esteraromaticum GS514 | 人参皂苷生物转化 | bgp2 | Bgp2 | 催化 | bgp2基因的天然来源菌株，分离自人参田，具有水解人参皂苷的活性 |
关键发现
- bgp2基因长度为2430 bp，编码809个氨基酸
- 重组Bgp2蛋白分子量为87 kDa。在20 mM磷酸钠缓冲液（pH 7.0）、40℃条件下，0.1 mg/mL酶作用于1.0 mg/mL的人参皂苷Rb2，120 min内生成0.47 mg/mL人参皂苷20(S)-Rg3，摩尔转化率为65%。转化路径为Rb2→Rd→20(S)-Rg3。Bgp2对pNP-α-L-阿拉伯吡喃糖苷活性最高，对pNP-β-D-吡喃葡萄糖苷的相对活性为23%。
研究结论
重组糖苷酶Bgp2能够通过选择性水解人参皂苷Rb2 C-20位的阿拉伯吡喃糖基和葡萄糖基，将其转化为稀有人参皂苷20(S)-Rg3，这是首次通过重组糖苷酶实现该转化。