研究揭示甲醇脱氢酶生物合成过程及组装机制

二氧化碳资源化利用是全球可持续发展面临的挑战。利用可再生能源将二氧化碳转化为甲醇，再经生物转化合成众多化学品的杂合固碳方式，已成为克服这一挑战的重要方法。当前，甲醇生物转化技术发展受限于转化速率与转化率难以协同提升的问题，其根源在于缺乏同时具备高能量效率和高催化速率的甲醇氧化还原酶。

 

　　中国科学院天津工业生物技术研究所研究员江会锋团队，聚焦于自然界中天然兼具优异甲醇氧化能量效率和催化速率的吡咯喹啉醌（PQQ）依赖型甲醇脱氢酶（MDH），通过对其14个基因组成的生物合成基因簇进行理性重构与优化，实现了MDH在模式工业微生物大肠杆菌中异源合成与正确组装，解决了其长期依赖天然宿主分离纯化的难题。

　　在此基础上，研究团队采用基因缺失与蛋白组分分析相结合策略，鉴定出9个参与MDH合成与组装的关键基因，并发现了一个介导辅因子PQQ与酶蛋白分子精确装配的分子伴侣（MxaJ）。利用冷冻电镜解析MxaJ与酶蛋白组成的蛋白复合体结构，团队发现MxaJ通过与酶蛋白PQQ结合“口袋”上方的环形区相互作用，使该“口袋”得以暴露，促进PQQ的结合。

　　这一研究揭示了MDH的生物合成过程及组装机制，并为甲醇生物转化技术提供了理想的生物催化剂。

　　相关研究成果发表在《自然-通讯》（Nature Communications）上。研究工作得到中国科学院战略性先导科技专项和天津市合成生物技术创新能力提升行动专项的支持。

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MDH组装示意图