基于新型嗜热α-葡聚糖磷酸化酶的双酶级联系统实现纤维二糖到分子量可调直链淀粉的生物合成

《Food and Bioproducts Processing》：A novel thermophilic α-glucan phosphorylase enables molecular weight-tunable amylose biosynthesis from cellobiose via a dual-enzyme cascade system

本文报道了一种来自Dictyoglomus sp. NZ13-RE01的新型嗜热α-葡聚糖磷酸化酶（αGP），该酶在70°C和pH 5.0条件下展现出36.3 U/mg的高比活性和卓越热稳定性（70°C储存12小时后仍保留55.5%活性）。通过构建DspαGP与热纤梭菌纤维二糖磷酸化酶（CtCBP）的双酶级联系统，成功实现以纤维二糖为底物合成分子量可调（7,392–16,632 g/mol）的直链淀粉，转化效率达35.67%，为非食用纤维素资源的高值化利用提供了高效生物制造新策略。

　　

亮点

本研究通过计算基因组挖掘技术，从嗜热微生物Dictyoglomus sp. NZ13-RE01中鉴定出一种新型热稳定性α-葡聚糖磷酸化酶（DspαGP）。该酶在70°C高温环境下仍能保持优异催化性能，其熔解温度（T_m）高达82.26°C，为工业级直链淀粉生物合成提供了强有力的酶工具。

结论

本研究成功表征了源自Dictyoglomus sp. NZ13-RE01的新型嗜热αGP，其卓越的催化效率（36.3 ± 2.1 U/mg）与热稳定性（70°C半日活性留存55.5%）突破了传统植物源磷酸化酶的工业应用瓶颈。通过与热纤梭菌纤维二糖磷酸化酶（CtCBP）构建双酶级联系统，实现了通过调节纤维二糖/G4比例对直链淀粉分子量（7,392–16,632 g/mol）的精准调控。分子对接与定点突变实验揭示Gly32、Arg364、Lys370、Tyr432和Lys464等保守残基在底物结合与催化中的关键作用，为纤维素生物转化技术的工业化升级提供了新范式。