武汉大学刘天罡教授发表PNAS新文章

时间:2011年11月16日
来源:生物通

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近期来自美国斯坦福大学和武汉大学的研究人员展开合作在脂肪酸合成优化研究中取得突破性进展,相关研究成果发表在国际学术期刊《美国科学院院刊》(PNAS)上。

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生物通报道  近期来自美国斯坦福大学和武汉大学的研究人员展开合作在脂肪酸合成优化研究中取得突破性进展,相关研究成果发表在国际学术期刊《美国科学院院刊》(PNAS)上。

来自美国斯坦福大学的Chaitan Kholsa教授和武汉大学的刘天罡教授为这篇文章的共同通讯作者。刘天罡教授早年毕业于山东大学。攻读硕士及博士学位期间师从上海交通大学邓子新院士,后赴美国布朗大学化学系David E. Cane教授实验室和美国斯坦福大学化学系Chaitan Khosla院士实验室开展研究工作。于2010年9月回国加入到武汉大学药学院邓子新院士团队任教授。先后在Science,Metabolic Engineering,Annual Review of Genetics,Chemistry & Biology等期刊上发表多篇高水平文章。

这一成果是刘天罡教授课题组和Chaitan Kholsa教授实验室继2010年发展了脂肪酸合成优化的cell-free系统以后,进一步成功地将这一系统升级为体外重组系统,并利用该系统成功地对大肠杆菌脂肪酸合成酶进行了系统优化和稳态动力学分析。

据悉,微生物来源的脂肪酸衍生物是化石燃料和化工原料的潜在替代品,对脂肪酸合成酶的研究是这一研究方向的关键和热点。在所有的脂肪酸合成酶中,大肠杆菌脂肪酸合成酶的研究最为深入,是生物化学教科书中的经典内容,但人们对于整个酶系的稳态动力学性质和其工作机理等诸多深层次问题仍知之甚少。

该项研究利用体外重组的方法,分别表达、纯化出脂肪酸合成酶中的各亚单位以及催化释放游离脂肪酸的TesA,在体外重建了这个系统,并通过调节底物、辅因子、以及各个亚单位的相对浓度阐明了脂肪酸合成酶的最佳模式。

目前这一体外系统为研究脂肪酸合成酶提供了一个全新的研究平台,将为利用脂肪酸合成酶系统生产新型生物燃料和化工产品奠定扎实的理论基础。

(生物通:何嫱)

生物通推荐原文摘要:

In vitro reconstitution and steady-state analysis of the fatty acid synthase from Escherichia coli

Microbial fatty acid derivatives are emerging as promising alternatives to fossil fuel derived transportation fuels. Among bacterial fatty acid synthases (FAS), the Escherichia coli FAS is perhaps the most well studied, but little is known about its steady-state kinetic behavior. Here we describe the reconstitution of E. coli FAS using purified protein components and report detailed kinetic analysis of this reconstituted system. When all ketosynthases are present at 1 μM, the maximum rate of free fatty acid synthesis of the FAS exceeded 100 μM/ min. The steady-state turnover frequency was not significantly inhibited at high concentrations of any substrate or cofactor. FAS activity was saturated with respect to most individual protein components when their concentrations exceeded 1 μM. The exceptions were FabI and FabZ, which increased FAS activity up to concentrations of 10 μM; FabH and FabF, which decreased FAS activity at concentrations higher than 1 μM; and holo-ACP and TesA, which gave maximum FAS activity at 30 μM concentrations. Analysis of the S36T mutant of the ACP revealed that the unusual dependence of FAS activity on holo-ACP concentration was due, at least in part, to the acyl-phosphopantetheine moiety. MALDI-TOF mass spectrometry analysis of the reaction mixture further revealed medium and long chain fatty acyl-ACP intermediates as predominant ACP species. We speculate that one or more of such intermediates are key allosteric regulators of FAS turnover. Our findings provide a new basis for assessing the scope and limitations of using E. coli as a biocatalyst for the production of diesel-like fuels.

作者简介:

刘天罡

武汉大学药学院教授
  
学习经历:   
2008年--2010年  美国斯坦福大学化学系Chaitan Khosla教授(美国工程院院士)实验室博士后研究员   
2002年-- 2008年 上海交通大学生命科学技术学院邓子新院士实验室微生物学专业博士学位   
2006年-- 2007年 美国布朗大学化学系David E. Cane教授(美国科学促进会院士)实验室博士生联合培养   
1998年--2002年  山东大学生命科学学院微生物工程专业学士学位   

工作经历:   
现任武汉大学药学院教授,组合生物合成与新药发现教育部重点实验室成员。   

业绩概要:   
刘天罡教授在博士工作期间致力于聚醚类抗生素生物合成机制的研究,使人们对这类抗生素生物合成机理有了进一步的认识,并通过组合生物学方法产生新化合物,并以骨干成员完成科技部973、863项目。博士后在斯坦福大学化学工程系Chaitan Khosla院士实验室工作期间致力于改造微生物脂肪酸代谢途径生产先进柴油等工业和医用产品的研究。在其开发的cell-free方法指导下,大大加速了生物柴油和先进柴油产业化的进程。由于他在生物燃料方面杰出的工作,他被邀请在工业微生物年会等多次国际大会做特邀报告。目前以第一作者和通讯作者身份发表包括《Science》、《Annual Review of Genetics》、《Metabolic Engineering》、《Chemistry & Biology》、《Methods in Enzymology》等多篇高水平文章。

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