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加快打造原始創(chuàng)新策源地，加快突破關(guān)鍵核心技術(shù)，努力搶占科技制高點，為把我國建設(shè)成為世界科技強(qiáng)國作出新的更大的貢獻(xiàn)。

——習(xí)近平總書記在致中國科學(xué)院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求

面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場、面向國家重大需求、面向人民生命健康，率先實現(xiàn)科學(xué)技術(shù)跨越發(fā)展，率先建成國家創(chuàng)新人才高地，率先建成國家高水平科技智庫，率先建設(shè)國際一流科研機(jī)構(gòu)。

——中國科學(xué)院辦院方針

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淀粉修飾研究獲進(jìn)展

2025-09-04 天津工業(yè)生物技術(shù)研究所

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作為生物質(zhì)的重要組成，淀粉是植物通過光合作用將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能后的能量載體。

隨著合成生物學(xué)與生物催化技術(shù)發(fā)展，科研人員已實現(xiàn)以“一碳化合物”為原料的人工淀粉創(chuàng)制。Amylomaltases（AM）是淀粉修飾的關(guān)鍵酶，可通過獨特的環(huán)化特征調(diào)控淀粉生化特性，形成α-1,4-糖苷連接的大環(huán)多糖（CA）。CA工業(yè)應(yīng)用快速發(fā)展，但AM環(huán)化過程機(jī)制的復(fù)雜性，以及轉(zhuǎn)糖苷酶家族中轉(zhuǎn)糖基化與水解的相互作用仍然未知，制約了該生物質(zhì)利用關(guān)鍵酶的智能塑造和性能提升。

近日，中國科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所與亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所合作，在淀粉修飾研究方面取得進(jìn)展。研究團(tuán)隊利用大規(guī)模分子模擬、二維自由能計算、QM/MM量化計算，以原子分辨率揭示AM共價和非共價的完整催化循環(huán)，確定了CA合成的決速步驟。在生化實驗中，團(tuán)隊通過策略性調(diào)節(jié)多糖鏈轉(zhuǎn)移步驟，獲得多個活性增強(qiáng)的突變體。酶促動力學(xué)結(jié)果表明，酶性能提升源于底物轉(zhuǎn)移途徑中酶與底物的親和力下降，從而加快糖鏈在AM表面的轉(zhuǎn)移，促進(jìn)環(huán)化過程。

進(jìn)一步，團(tuán)隊利用Mass spectrometry檢測發(fā)現(xiàn)，在AM催化多糖底物后，生成聚合度范圍為22至61的CA，證實了理論計算推測。團(tuán)隊同時探討AM中轉(zhuǎn)糖基化和水解關(guān)系這一問題，量化了二者之間的動力學(xué)競爭平衡，為設(shè)計具有更高效率和特異性的轉(zhuǎn)糖苷酶提供了機(jī)制見解。

這一工作從工業(yè)性能角度，對CA生物合成過程進(jìn)行分子水平研究，為AM家族提供了工程藍(lán)圖。

相關(guān)研究成果發(fā)表在《美國化學(xué)會志》（JACS）上。研究工作得到中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項等的支持。

論文鏈接

AM轉(zhuǎn)糖基化反應(yīng)QM/MM計算示意圖

作為生物質(zhì)的重要組成，淀粉是植物通過光合作用將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能后的能量載體。隨著合成生物學(xué)與生物催化技術(shù)發(fā)展，科研人員已實現(xiàn)以“一碳化合物”為原料的人工淀粉創(chuàng)制。Amylomaltases（AM）是淀粉修飾的關(guān)鍵酶，可通過獨特的環(huán)化特征調(diào)控淀粉生化特性，形成α-1,4-糖苷連接的大環(huán)多糖（CA）。CA工業(yè)應(yīng)用快速發(fā)展，但AM環(huán)化過程機(jī)制的復(fù)雜性，以及轉(zhuǎn)糖苷酶家族中轉(zhuǎn)糖基化與水解的相互作用仍然未知，制約了該生物質(zhì)利用關(guān)鍵酶的智能塑造和性能提升。近日，中國科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所與亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所合作，在淀粉修飾研究方面取得進(jìn)展。研究團(tuán)隊利用大規(guī)模分子模擬、二維自由能計算、QM/MM量化計算，以原子分辨率揭示AM共價和非共價的完整催化循環(huán)，確定了CA合成的決速步驟。在生化實驗中，團(tuán)隊通過策略性調(diào)節(jié)多糖鏈轉(zhuǎn)移步驟，獲得多個活性增強(qiáng)的突變體。酶促動力學(xué)結(jié)果表明，酶性能提升源于底物轉(zhuǎn)移途徑中酶與底物的親和力下降，從而加快糖鏈在AM表面的轉(zhuǎn)移，促進(jìn)環(huán)化過程。進(jìn)一步，團(tuán)隊利用Mass spectrometry檢測發(fā)現(xiàn)，在AM催化多糖底物后，生成聚合度范圍為22至61的CA，證實了理論計算推測。團(tuán)隊同時探討AM中轉(zhuǎn)糖基化和水解關(guān)系這一問題，量化了二者之間的動力學(xué)競爭平衡，為設(shè)計具有更高效率和特異性的轉(zhuǎn)糖苷酶提供了機(jī)制見解。這一工作從工業(yè)性能角度，對CA生物合成過程進(jìn)行分子水平研究，為AM家族提供了工程藍(lán)圖。相關(guān)研究成果發(fā)表在《美國化學(xué)會志》（JACS）上。研究工作得到中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項等的支持。論文鏈接AM轉(zhuǎn)糖基化反應(yīng)QM/MM計算示意圖

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