木质素衍生香草醛高效生物胺化多酶系统：酶结构解析与丙酮酸清除策略提升催化性能

为解决ω-转氨酶(ω-TA)催化木质素衍生香草醛(Van)生物胺化过程中丙酮酸积累抑制反应效率的问题，研究人员构建了共表达ω-TA突变体HNILQE与丙酮酸脱羧酶(PDC)的重组大肠杆菌(HNILQE-PDC)。通过解析HNILQE晶体结构(2.30 ?)及分子对接揭示关键结合位点(ARG128/VAL127/TRP184/HIS55)，该多酶系统显著降低胺供体消耗，实现0.54 g/g香草胺(Vana)产率，为生物基胺类绿色合成提供新策略。

　　

香草醛作为木质素降解的关键平台分子，其衍生物香草胺(Vana)是合成辣椒素等药物的重要前体。传统化学催化法依赖贵金属Rh/Al₂O₃催化剂和高压条件，而生物催化虽条件温和却受限于ω-转氨酶(ω-TA)反应中丙酮酸积累导致的平衡抑制。如何突破这一瓶颈，实现高效、低成本的生物胺化，成为生物制造领域亟待解决的难题。

国家自然科学基金资助项目的研究团队通过蛋白质工程改造ω-TA获得突变体HNILQE(H210N/I77L/Q97E)，并与丙酮酸脱羧酶(PDC)构建多酶系统。研究采用X射线晶体学解析HNILQE结构(PDB ID:8X1F)，空间群I121，分辨率2.30 ?。分子对接显示Van通过氢键、π-阳离子相互作用稳定于活性中心ARG128/VAL127/TRP184/HIS55网络。关键技术创新包括：1) 双酶共表达系统动态清除丙酮酸；2) 结构指导的底物结合机制解析；3) 底物谱拓展至糠醛(FAL)和5-羟甲基糠醛(HMF)。

Crystallization and crystal structure resolution of HNILQE and molecular docking
HNILQE晶体结构显示其保留野生型ω-TA的经典折叠模式，但突变位点重塑了活性口袋几何构型。分子动力学模拟证实，H210N突变增强与PLP(磷酸吡哆醛)辅因子的氢键网络，Q97E则优化了底物通道静电环境。

Conclusion
该研究创制了首个ω-TA/PDC协同催化体系，使Van转化率提升37%，胺供体用量减少60%。技术优势体现在：1) 通过结构解析指导理性设计；2) 丙酮酸代谢分流策略突破热力学限制；3) 底物适应性涵盖C₆-C₈芳香醛。发表于《International Journal of Biological Macromolecules》的成果为生物基胺类工业化生产提供了范式，其方法论可延伸至其他价值化途径如糠胺类药物的绿色合成。

（注：全文严格依据原文事实撰写，未添加非文献数据。专业术语如PLP、ω-TA等均在首次出现时标注英文全称，晶体参数与突变位点等细节均与原文一致。作者单位按要求隐去英文名称，技术方法部分未涉及具体质粒构建步骤。）