Bioconversion of ginsenoside Rc into Rd by a novel α-L-arabinofuranosidase, Abf22-3 from Leuconostoc sp. 22-3: cloning, expression, and enzyme characterization
- 作者
- Qing-Mei Liu, Hae-Min Jung, Chang-Hao Cui, Bong-Hyun Sung, Jin-Kwang Kim, Song-Gun Kim, Sung-Taik Lee, Sun-Chang Kim, Wan-Taek Im
- 单位
- Department of Biological Sciences, Korea Advanced Institute of Science and Technology; KAIST Institute for Biocentury, Korea Advanced Institute of Science and Technology; Systems and Synthetic Biology Research Center, Korea Research Institute of Bioscience and Biotechnology; Biological Resource Center, Korea Research Institute of Bioscience and Biotechnology
- 杂志
- Antonie van Leeuwenhoek（2012）
- DOI
- 10.1007/s10482-012-9856-2
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
如何获得一种高特异性酶，将主要人参皂苷Rc高效转化为稀有人参皂苷Rd，避免非特异性水解。
研究策略
从韩国泡菜中分离的明串珠菌属菌株22-3中发现新型α-L-阿拉伯呋喃糖苷酶Abf22-3，克隆其编码基因abf22-3，并在大肠杆菌BL21(DE3)中异源表达，进一步纯化并表征酶学性质，用于人参皂苷Rc的生物转化。
核心内容
从韩国泡菜来源的明串珠菌株22-3中克隆了一个新型α-L-阿拉伯呋喃糖苷酶基因abf22-3，并在大肠杆菌BL21(DE3)中实现异源表达。该基因长1527 bp，编码蛋白预测分子量约58.5 kDa，属于糖苷水解酶家族51。纯化后的酶最适pH为6.0，最适温度为30°C，以pNPAf为底物时Km为0.95 μM，Vmax为1.2 μmol min⁻¹ mg⁻¹。该酶能特异性水解人参皂苷Rc C-20位的阿拉伯呋喃糖基，而不影响其他糖基或皂苷组分。在10 μg/mL酶作用下，0.1%的人参皂苷Rc在20分钟内即可完全转化为Rd；在PPD混合物中反应12小时转化95%的Rc，24小时转化率超过99.5%，生产率达到80 mg mL⁻¹ day⁻¹ mg⁻¹蛋白。该酶的高特异性和高转化效率使其在化妆品和制药工业中具有应用潜力，为稀有人参皂苷Rd的高效制备提供了新的生物催化工具。
创新点
首次从Leuconostoc sp. 22-3中克隆了糖苷水解酶家族51的α-L-阿拉伯呋喃糖苷酶Abf22-3，该酶能特异性地水解人参皂苷Rc C-20位的阿拉伯呋喃糖基，选择性生成Rd，而不水解其他糖基或人参皂苷。
研究对象（2）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Leuconostoc sp. 22-3 | 人参皂苷降解/生物转化 | abf22-3 | Abf22-3 | 催化 | 来源于韩国泡菜，编码α-L-阿拉伯呋喃糖苷酶，属糖苷水解酶家族51 |
| Escherichia coli BL21(DE3) | 异源表达 | abf22-3 | Abf22-3 | 催化 | 用于表达MBP-Abf22-3融合蛋白并进行纯化与表征 |
关键发现
- 基因abf22-3长1527 bp，编码蛋白预测分子量58,486 Da；最适pH
- 0，最适温度30°C；以pNPAf为底物时Km为0.95±0.02 μM，Vmax为1.2±0.1 μmol min⁻¹ mg⁻¹ protein；纯化82倍，回收率33%
- 1%人参皂苷Rc在10 μg/mL酶作用下20分钟内完全转化为Rd；PPD混合物中12h转化95%的Rc，24h转化率超过99.5%；生产率达80 mg mL⁻¹ day⁻¹ mg⁻¹ protein。
研究结论
本研究克隆并表征了来源于Leuconostoc sp. 22-3的、属于糖苷水解酶家族51的新型α-L-阿拉伯呋喃糖苷酶Abf22-3，该酶能选择性水解人参皂苷Rc C-20位阿拉伯呋喃糖基生成Rd，在优化条件下转化率接近100%，可用于化妆品和制药工业。