[Coenzyme-free in vitro biotransformation for the synthesis of galacto-N-biose].

چکیده اصلی

Galacto-N-biose (GNB), a core structural unit of O-glycan and a key component of gastrointestinal mucins, plays important physiological roles in regulating intestinal microecology and maintaining the mucosal barrier. Traditional enzymatic routes for the synthesis of GNB rely on the supplies of ATP and UDP-sugars. To address this disadvantage, we designed an in vitro ATP-free and UDP-sugar-free enzymatic pathway to synthesize GNB directly from lactose and N-acetylgalactosamine (GalNAc). This pathway consisted of two core enzymes, lactose phosphorylase (LacP) and lacto-N-biose phosphorylase (LnbP), as well as one auxiliary enzyme, polyphosphate glucokinase (PPGK). By incorporating PPGK to remove the byproduct glucose, this pathway not only pushed the reaction equilibrium toward the biosynthesis of GNB, but also achieved the regeneration of inorganic phosphate. Through the systematic optimization of key parameters such as reaction temperature, pH, and enzyme dosage, a molar yield of 76% was achieved with 10 mmol/L GalNAc. This in vitro biotransformation pathway provides a technical basis for the low-cost, large-scale green production of GNB and other high-value functional oligosaccharides.

ترجمه فارسی چکیده

گالاکتو-N-بیوئز (GNB)، واحد ساختاری اصلی اگزوگلیکان و مؤلفه کلیدی مخاط‌های گوارشی، نقش‌های فیزیولوژیک مهمی در تنظیم میکروبیوتای روده و حفاظت از مانع مخاطی ایفا می‌کند. مسیرهای آنزیمی سنتی برای سنتز GNB به تأمین ATP و ساکاریدهای UDP وابسته هستند. برای غلبه بر این معایب، ما یک مسیر آنزیمی بی‌ATP و بی‌ساکارید UDP را برای سنتز مستقیم GNB از لاکتوز و N-آکتیل‌گالکتوزامین (GalNAc) طراحی کردیم. این مسیر شامل دو آنزیم اصلی، فسفریلاز لاکتوز (LacP) و فسفریلاز لاکتو-N-بیوئز (LnbP)، و یک آنزیم کمکی، فسفوکیناز گلوکز پلی‌فسفات (PPGK) بود. با ادغام PPGK برای حذف محصول جانبی گلوکز، این مسیر نه تنها تعادل واکنش را به سمت بیوسنتز GNB هل داد، بلکه بازسازی فسفات معدنی را نیز محقق کرد. از طریق بهینه‌سازی سیستماتیک پارامترهای کلیدی مانند دمای واکنش، pH و دوز آنزیم، یک بازده مولی ۷۶٪ با ۱۰ میلی‌مولار GalNAc به دست آمد. این مسیر بیوسنتز آزمایشگاهی، پایه فنی برای تولید ارزان‌قیمت و مقیاس‌پذیر سبز GNB و سایر اگزوساکاریدهای عملکردی با ارزش بالا فراهم می‌کند.

متن کامل اصلی