海洋微生物依赖NADH胺脱氢酶的底物特异性研究与催化性能调控

Oxidoreductases originated from marine microorganisms with unique substrate selectivity and catalytic features have great potential for the discovery of novel enzyme. The substrate selectivity and catalytic regulation mechanism of a novel NADH-dependent marine amine dehydrogenase will be investigated. The enzyme molecular modeling will be obtained based on the amino acid sequence analysis and protein structure information. Combined with the substrate selectivity study and active site structure analysis, the substrate recognition mechanism will be revealed by enzyme-substrate molecular docking. The key factors which affect the enzyme activity and chiral selectivity will be investigated. The regulatory models considering the key influence factors based on kinetics and thermodynamics will be promoted. The project will be a basis for further catalytic mechanism study of amine dehydrogenase and provide methods for exploring new biocatalytic routes and efficiency enhancement of novel marine oxidoreductases.

海洋微生物氧化还原酶以其独特的底物特异性和催化性能，在新酶开发领域具有广阔的应用前景。本项目拟研究前期工作中筛选获得的新型依赖NADH的海洋胺脱氢酶，揭示其催化酮不对称还原制备手性胺反应中底物识别机制和催化性能调控机制。对胺脱氢酶进行氨基酸序列测定和蛋白结构表征，建立酶分子模型；基于胺脱氢酶的底物特异性研究和酶活性中心结构解析，模拟对接构建分子识别模型，阐明酶的底物识别机制；基于反应能量变化和酶构象变化，研究关键影响因素对酶催化活性和手性选择性的影响机制，建立关联关键因素的动、热力学模型，调控催化性能。本项目的研究成果将为最终揭示胺脱氢酶催化机制奠定基础，并为海洋氧化还原酶生物催化新途径的构建和催化效率的提升提供借鉴。

胺脱氢酶催化催化酮不对称还原制备手性胺具有高效、高选择性等优势，是理想的手性胺制备途径。海洋微生物氧化还原酶以其独特的底物特异性和催化性能，在新酶开发领域具有广阔的应用前景。. 围绕依赖NADH 的胺脱氢酶(AmDH)，研究其催化酮不对称还原制备手性胺反应中底物识别机制和催化性能调控机制。首先，研究了胺脱氢酶的酶活影响因素、底物选择性等酶学性质，测定酶催化反应的动力学参数。其次，针对胺脱氢酶稳定性差的关键瓶颈问题，研究了胺脱氢酶的仿生矿化固定化。利用聚乙烯亚胺（PEI）诱导钛前驱体缩聚形成纳米级二氧化钛载体并固定胺脱氢酶。研究氢键、疏水、静电等多层次的相互作用力以及“笼效应”等对酶稳定性和催化活性的影响机制，建立关联关键因素的动、热力学模型，调控催化性能。第三，通过高通量筛选海洋微生物和酶结构改造获得了新型胺脱氢酶。研究了该酶的底物选择性和催化特性，进行同源模建，基于胺脱氢酶的底物特异性研究和酶结构解析酶的底物识别机制；第四，构建了高效的胺脱氢酶-甘油脱氢酶多酶耦联体系，并考察多酶耦联体系的催化活性和辅酶再生效率，实现手性胺的一锅化制备和辅酶高效再生。. 本项目的研究成果将为最终揭示胺脱氢酶催化机制奠定基础，并为海洋氧化还原酶生物催化新途径的构建和催化效率的提升提供借鉴。