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[前沿资讯 ] 学者构建超分子光-酶催化体系应用于水体净化 进入全文
科学网
暨南大学环境与气候学院环境健康系（筹）副教授江瑞芬团队联合中山大学副教授陈国胜、副教授沈勇以及教授欧阳钢锋，创新性地构建了一种基于直接电子转移的超分子光-酶催化体系，并将其应用于水体有机污染物的高效去除。相关成果近日发表于《科学进展》（Science Advances）。 研究团队创新性地构建了一种基于直接电子转移的超分子光-酶催化体系，并成功应用于水体净化。研究中，氧化还原酶—漆酶被封装在多孔的光活性氢键有机框架结构的缺陷区域内，形成了促进光活性氢键有机框架与漆酶之间电子转移的稳定生物界面，避免了使用昂贵的辅因子或辅助介质。同时，这一光-酶体系不产生强破坏性的活性物种，如超氧自由基和羟基自由基，成功地保护了酶的活性，从而解决了光催化与生物催化难以兼容的难题。 此外，与传统无孔纳米结构相比，该超分子体系的长程有序介孔结构有效促进了反应物分子的传质，大幅提升了光-酶偶联催化的效率。以双酚A（BPA）为例进行验证实验，该体系在可见光条件下的催化转化率和周转频率比游离酶高出两个数量级，且无需使用任何牺牲剂。在每克催化剂每小时的污染物转化量方面，其净化效率远超现有报道的催化剂。
[前沿资讯 ] 天津工业生物所等在人工辅酶合成应用领域取得进展 进入全文
中科院天津工业生物技术研究所
手性胺类化合物在药物、农用化学品和精细化工合成中扮演了重要角色。亚胺还原酶（IREDs）作为一种能够催化还原胺化反应生成高立体选择性手性胺的酶，因其绿色环保的优势备受关注。然而，IREDs在催化反应中依赖于还原型辅酶Ⅱ（NADPH）作为电子供体，而NADPH成本高、稳定性差，极大限制了其在工业规模中的广泛应用。因此，寻找一种能够替代NADPH的高效、低成本人工辅因子成为了研究的重点。尽管人工辅因子研究在多种氧化还原酶中取得了积极效果，其在IRED催化反应中的应用尚未被充分挖掘。 近日，中国科学院天津工业生物技术研究所崔成森研究员团队和中国海洋大学的王长云教授团队合作，通过使用人工合成的烟酰胺辅因子替代NADPH，成功实现了IRED催化的高效还原胺化反应。该团队合成了16个不同取代基的小分子人工辅酶，通过分子对接实验深入分析了人工辅因子与IRED酶活性位点的相互作用，揭示了不同取代基在还原胺化反应中的催化机制。本研究为理解小分子人工辅因子的作用机制提供了理论基础，而葡萄糖脱氢酶再生系统则进一步增强了反应的可操作性。下一步团队将着重于对这些人工辅因子进行进一步优化，扩展其在其他酶促反应中的应用潜力，并推动其在工业中的实际应用。
[前沿资讯 ] 天津工业生物所等在尿苷二磷酸葡萄糖基转移酶RrUGT3催化机制研究方面取得进展 进入全文
中科院天津工业生物所
近日，中国科学院天津工业生物技术研究所盛翔/苏浩团队与山东大学杜磊团队通过分子动力学模拟和量子化学计算方法等多尺度计算模拟方法，结合定点突变实验和晶体结构解析，阐明了RrUGT3催化反应机理以及区域选择性调控机制，为该酶的工程改造奠定了重要的理论基础。该工作通过将RrUGT3与其同源酶晶体结构进行比对，发现远离活性中心的loop区（命名为Ω-1 loop）展现出了极大的柔性，并且此结构域存在于多种UGT酶中，可能是该家族酶的普遍特征。RrUGT3定点突变实验结果表明，Ω-1 loop区上的残基Y314对酶的活性至关重要，由此推测该loop区在反应时会发生构象变化至活性中心影响催化反应，但该变化对底物的结合以及催化活性的影响机制尚未阐明。本研究利用分子动力学（MD）模拟方法探究了Ω-1 loop区构象变化的微观机制。计算结果表明，在酶与底物的结合过程中，Ω-1 loop区会发生从“open”到“closed”的构象变化。这一构象变化是形成稳定的酶-底物三元复合物的关键，该三元复合物只有在Ω-1 loop区“closed”状态下才能稳定存在。另外，该状态下残基Y314可通过水桥与糖受体HBA形成氢键并将糖受体稳定在活性位点，有利于糖基化反应的发生。 基于“closed”状态的酶-底物三元复合物，本研究进一步采用量子力学/分子力学（QM/MM）组合方法和量子化学（QC）团簇方法解析了其化学反应机理及区域选择性调控机制。计算结果表明，HBA酚羟基和醇羟基位点糖基化的反应能垒分别为15.5 kcal/mol和19.8 kcal/mol，因此反应更倾向于发生酚羟基糖基化反应，与实验结果趋向一致。基于计算结果，本研究提出了酚羟基糖基化较稳定的底物结合模式和较低的反应活化能是影响RrUGT3具有区域选择性的原因。此外，RrUGT3的催化能力主要源自于其底物结合口袋的极性微环境，它有利于UDPG的焦磷酸根处于单质子化状态从而促进反应发生。该项研究获得了RrUGT3酶催化过程中构象变化和化学反应机理等诸多重要信息，拓宽了对UGT酶催化机制的认识，为开展UGT酶的理性设计和改造工作提供了重要的理论指导，并为非天然O-糖苷的制备提供了新的思路。
[前沿资讯 ] 学者发现迄今为止人类微生物组中最有效的溶菌酶 进入全文
科学网
8月6日，《细胞报告》（Cell Reports）发表了广东工业大学生物医药学院教授林章凛团队与华南理工大学生物学院副教授杨晓锋团队合作的最新研究成果。他们在人工智能的生物学应用方面取得重要进展，成功构建一种新型的人工智能框架——DeepMineLys，并发现迄今为止在人类微生物组中最有效的溶菌酶。 “DeepMineLys不仅能够挖掘溶菌酶，它具备蛋白质挖掘的广泛应用潜力，为未来的生物学研究提供了一个有力的工具。”论文共同通讯作者林章凛表示，DeepMineLys的成功得益于构建了涵盖广泛噬菌体溶菌酶的全面训练数据集，集成了TAPE等先进算法和编码技术，采用了三层卷积神经网络和双轨架构等几个关键因素，极大地提升了模型的预测性能。
[前沿资讯 ] Organic nanozymes have broad applications from food and agriculture to biomedicine 进入全文
Eurekalert
纳米酶是一种微小的工程物质，可以模仿天然酶的催化特性，在生物医学、化学工程和环境应用领域有多种用途。它们通常由无机材料制成，包括金属基元素，由于其毒性和高生产成本，使其不适合用于许多用途。有机纳米酶部分克服了这些问题，并具有更广泛的应用潜力，包括食品和农业，但它们仍处于发展的早期阶段。 伊利诺伊大学香槟分校的一篇新论文概述了有机纳米酶的现状及其未来的潜力。在论文中，研究人员根据用于制造有机纳米酶的有机材料，确定了四种主要类型的有机纳米酶，包括聚合物、生物大分子（主要是纤维素）、有机化合物以及 DNA 和肽等生物材料。他们概述了每种类型的化学结构、成分、功能和催化活性，为其他科学家提供了基本信息。他们还说明了从农业、食品和环境到生物医药的相应应用。 Kamruzzaman 指出，无机纳米酶起源于生物医学领域，约 80% 的研究都发生在该领域。例如，它们用于诊断医学、成像、治疗和生物传感。然而，人们担心其固有毒性及其在治疗应用中对细胞活力的影响。有机纳米酶可以缓解这些担忧，并将其应用扩展到食品和农业领域。在之前的一项研究中，Kamruzzaman 和 Lee 率先使用以农业为中心的有机纳米酶，并结合分子传感工具，可以检测食品中是否存在农业农药。最终目标是创建一个简单的测试套件，人们可以在任何地方使用，并使用手机应用程序扫描结果，以获得指示食品中农药浓度的颜色读数。还推出了几种由可持续材料制成的额外有机纳米酶，并且正在开发更先进的分子传感系统。 Kamruzzaman 说：“有机纳米酶与无机纳米酶相比具有许多优势，但它们仍处于早期开发阶段，要将它们应用于食品和农业领域，我们还需要克服许多挑战。”一个障碍是适合生产的有机材料种类有限。研究人员指出，脂质或氨基酸是未来原型的有前途的材料，可以在开发下一代纳米酶方面发挥关键作用。
[前沿资讯 ] 黄曲霉毒素生物合成抑制剂研发获新进展 进入全文
科学网
广东省农业科学院农业生物基因研究中心作物品质控制与多组学技术创新团队（筹）与甘肃农业大学资环学院教授张军团队合作，在黄曲霉毒素生物合成抑制剂研发方面取得新进展，建立一套从分子原子水平理解黄曲霉毒素合成关键酶功能机制到高效筛选抑制剂的方法体系。相关成果近日在线发表于《微生物学前沿》（Frontiers in Microbiology）。研究人员通过基于人工智能的结构建模和微秒级分子动力学模拟，获得了对AflG及其结合底物AVN复合物三维结构的新见解。随后通过对超过130万个化合物进行高通量虚拟筛选，确定了具有良好预测对接得分的化合物子集。根据结合自由能计算对这些化合物进行排序，并进一步通过微秒级分子动力学模拟和黄曲霉菌外施实验评估其对黄曲霉毒素合成的调控作用，结果发现了两种新型化合物能够显著抑制黄曲霉毒素的生物合成。该研究建立了一套从分子原子水平理解黄曲霉毒素合成关键酶功能机制到高效筛选抑制剂的方法体系，为解决黄曲霉毒素污染问题提供了新的思路，对农产品中毒素污染的源头防控技术开发具有重要的理论意义和潜在应用价值。
