《alpha-糖苷（水解）酶與糖苷合成酶的催化機理研究》是依託山東大學，由劉永軍擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：alpha-糖苷（水解）酶與糖苷合成酶的催化機理研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：劉永軍
- 依託單位：山東大學
- 批准號：21373125
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
隨著糖化學生物學、糖組學和糖類藥物研究的快速發展，對糖類化合物樣品種類和量的需求大幅度增加,如何快速、大量地獲取高純度的糖類化合物成為糖科學研究中最重要的基礎性問題之一。由於糖鏈結構的複雜性，寡糖的化學合成面臨許多困難，而通過糖苷合成酶對寡糖進行生物合成具有重要的套用前景，但目前獲得的糖苷合成酶的種類和數量還十分有限，關於其催化機理的研究仍相對落後，本項目擬以隸屬於4個不同家族的代表性alpha-糖苷酶和alpha-糖苷合成酶為主要研究對象，套用理論化學方法對其催化機理進行系統的理論研究，探討活性區內殘基與底物、金屬離子之間的作用本質，系統地闡明催化反應的機理，通過研究反應過程中涉及的各過渡態和中間體的結構特點、能量關係及構象變化規律，找出決定催化反應效率和區域選擇性的關鍵因素，明確各主要殘基在催化反應中所起的作用，提出alpha-糖苷合成酶的設計方案，為寡糖的生物合成奠定理論基礎。
結題摘要
寡糖是由單糖通過糖苷鍵連線而成的一類化合物，它不僅是有機體的結構元素及能源物質，還具有強大的生物信息傳遞功能，參與許多生命過程，探索糖在生命過程中的功能具有重要意義。然而由於糖鏈結構的複雜性，寡糖的化學合成面臨許多困難，通過糖苷合成酶對寡糖進行生物合成具有重要的套用前景。針對糖苷合成酶的種類和數量還十分有限，催化機理研究相對落後的現狀，本項目提出以隸屬於不同家族的代表性-糖苷酶和-糖苷合成酶為主要研究對象，套用理論化學方法對其催化機理進行系統的理論研究。項目於2013年8月獲批准。 在項目執行期間，主持人領導的課題組按研究計畫系統揭示了α-1,4-糖苷裂解酶、-型糖苷合成酶、β-N-乙醯氨基葡萄糖苷酶、尿苷二磷酸N-乙醯葡糖胺 5,6-脫水酶等一些列糖苷酶的催化反應機制。此外，主持人還時刻關注該研究領域的國內外動態，針對具體情況以及新報導的一些晶體結構，增加了對不飽和葡萄糖醛酸水解酶、胸苷二磷酸葡萄糖 4,6-脫水酶、果膠酸裂解酶的研究。通過深入系統的研究，取得一系列新的研究成果，包括：（1）弄清了催化中心的結構，闡明了活性殘基與各類反應底物之間以及與金屬離子之間的作用本質；（2）給出了酶催化反應中有關化學鍵形成和斷裂過程的具體細節，以及關鍵中間體和過渡態的結構特點和變化規律；（3）明確了各重要殘基在催化反應中的重要作用，揭示了殘基突變對催化反應的影響規律；（4）針對所研究的合成酶體系，預測了催化效率更高、選擇性更好的突變體。 通過四年的艱苦努力，超額完成了預定的研究目標和任務，相關研究結果為深入理解此類酶結構與活性關係提供了重要信息，還可為進一步的實驗研究和套用開發奠定必要的理論基礎。 項目研究結果在國內外有較高影響的刊物上發表SCI研究論文40篇，其中在影響因子10.0以上的刊物發表論文5篇 (J. Am. Chem. Soc.1篇，ACS Catalysis 4篇)，3.0以上的刊物上發表論文20餘篇（包括Phys. Chem. Chem. Phys., Catalysis Science & Technology，Biochemistry, Org. Biomol. Chem., RSC Advances等），培養博士生9人，碩士生7人。此外，還邀請國外專家講學6人次，參加國際交流會議2人次，國內學術會議15人次。
