Enzymatic transformation of the major ginsenoside Rb2 to minor compound Y and compound K by a ginsenoside-hydrolyzing β-glycosidase from Microbacterium esteraromaticum
- 作者
- Lin-Hu Quan, Yan Jin, Chao Wang, Jin-Woo Min, Yeon-Ju Kim, Deok-Chun Yang
- 杂志
- Journal of Industrial Microbiology & Biotechnology（2012）
- DOI
- 10.1007/s10295-012-1158-1
- 所属领域
- 酶工程
- 关键词
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解决的核心问题
如何高效、选择性地将主要人参皂苷Rb2转化为具有更强药理活性的稀有皂苷化合物Y和化合物K，同时克服已知酶选择性低和酶分子未知的问题。
研究策略
从Microbacterium esteraromaticum中克隆β-糖苷酶基因bgp3，在Escherichia coli中表达并纯化重组酶Bgp3，通过HPLC/LC-MS分析确定其对Rb2的转化途径、产物及底物特异性。
核心内容
本研究从一株芳香微杆菌中克隆了新型β-糖苷酶基因bgp3，该基因全长2271 bp，编码756个氨基酸，属于糖基水解酶家族3。将bgp3在Escherichia coli中异源表达并纯化获得重组酶Bgp3，随后利用HPLC和LC-MS系统分析了该酶对人参皂苷Rb2的转化能力。结果显示，在0.1 mg/ml酶、20 mM磷酸钠缓冲液pH 7.0、40°C条件下反应12 h，0.74 mg/ml的Rb2可被转化为0.27 mg/ml的化合物Y和0.1 mg/ml的化合物K，产物经质谱确认分子量分别为755和623。Bgp3还能将化合物O转化为Y和K，将F2转化为K，并将Y进一步转化为K。通过产物时序分析，明确了该酶催化Rb2水解的独特途径：先水解C-3位内侧葡萄糖生成化合物Y，再水解C-20位阿拉伯吡喃糖生成化合物K。这一发现表明Bgp3能够选择性制备具有更高药理活性的稀有皂苷Y和K，为稀有人参皂苷的工业化酶法生产提供了新的有效工具。
创新点
1. 克隆并鉴定了来自M. esteraromaticum的新型β-糖苷酶Bgp3（GH3家族）；2. 确定了Bgp3催化Rb2水解的独特途径（Rb2→化合物Y→化合物K），即先水解C-3内侧葡萄糖，再水解C-20阿拉伯吡喃糖；3. 实现了稀有皂苷Y和K的选择性制备。
研究对象（2）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Microbacterium esteraromaticum | 人参皂苷水解（Rb2→化合物Y→化合物K） | bgp3 | Bgp3 β-糖苷酶 | 催化 | 基因来源菌株（KACC 16318） |
| Escherichia coli BL21(DE3) | 重组蛋白表达 | bgp3 | MBP-Bgp3融合蛋白 | 催化 | 用于异源表达重组Bgp3 |
关键发现
bgp3基因长2271 bp，编码756个氨基酸，属于糖基水解酶家族3。重组Bgp3（0.1 mg/ml酶，20 mM磷酸钠缓冲液pH 7.0，40°C）反应12 h，可使0.74 mg/ml的Rb2转化为0.27 mg/ml化合物Y和0.1 mg/ml化合物K。产物经ESI-MS确认：化合物Y分子式为C41H70O12（Mw 755），化合物K为C36H62O8（Mw 623）。Bgp3还可将化合物O转化为Y和K，将F2转化为K，将Y转化为K。转化途径为Rb2→化合物Y→化合物K。
研究结论
本研究证实Bgp3能通过选择性水解人参皂苷Rb2的C-3内葡萄糖和C-20阿拉伯吡喃糖，高效生成稀有皂苷化合物Y和K，该酶在稀有皂苷的工业化制备中具有潜在应用价值。