江南大学周哲敏团队 ACS SCE | 分区工程改造谷氨酸脱羧酶催化口袋，拓展氨基酸合成途径

背景：谷氨酸脱羧酶（GAD）是工业上生产γ-氨基丁酸的关键酶，但其高度专一的底物识别特性限制了其在更多化学品合成中的应用。研究目的：江南大学周哲敏团队旨在通过改造GAD的底物结合区与催化核心区，突破其仅能催化单一底物的限制，实现高效合成β-丙氨酸与5-氨基戊酸等高值化学品。结论：团队采用“分区工程”策略，理性设计并同步改造了GAD活性中心的关键氨基酸（T62与T212），获得了双突变体M4D和M4X。改造后的酶保留了母本酶的优异稳定性，在55°C下仍能高效工作。在体外粗酶催化实验中，M4X突变体可在4小时内将2-氨基己二酸转化为5-氨基戊酸，产量达38 g/L，转化率超过97%。研究验证了“分区工程”策略在酶定向改造中的有效性，为绿色生物制造提供了新工具。计算机模拟揭示，M4D通过扩大结合口袋适应性增强底物结合，而M4X则优化了底物的催化定位，分别从结合与催化维度提升了性能。