Protein Engineering of PhUGT, a Donor Promiscuous Glycosyltransferase, for the Improved Enzymatic Synthesis of Antioxidant Quercetin 3-O-N-Acetylgalactosamine

槲皮素 金丝桃苷 糖基转移酶 化学 类黄酮 生物化学 酶 半乳糖基转移酶 抗氧化剂 糖基化 糖苷 立体化学
作者
Zhen Xu,Li‐Li Hong,Chunsheng Liu,Jian‐Qiang Kong
出处
期刊:Journal of Agricultural and Food Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:70 (13): 4076-4085 被引量:11
标识
DOI:10.1021/acs.jafc.2c01029
摘要

Quercetin 3-O-N-acetylgalactosamine (Q3GalNAc), a derivative of dietary hyperoside, had never been enzymatically synthesized due to the lack of well-identified N-acetylgalactosamine-transferase (GalNAc-T). Herein, PhUGT, an identified flavonoid 3-O-galactosyltransferase from Petunia hybrida, was demonstrated to display quercetin GalNAc-T activity, transferring a N-acetylgalactosamine (GalNAc) from UDP-N-acetylgalactosamine (UDP-GalNAc) to the 3-OH of quercetin to form Q3GalNAc with a low conversion of 11.7% at 40 °C for 2 h. Protein engineering was thus performed, and the resultant PhUGT variant F368T got an enhanced conversion of 75.5% toward UDP-GalNAc. The enzymatically synthesized Q3GalNAc exhibited a comparable antioxidant activity with other quercetin 3-O-glycosides. Further studies revealed that PhUGT was a donor promiscuous glycosyltransferase (GT), recognizing seven sugar donors. This finding overturned a previous notion that PhUGT exclusively recognized UDP-galactose (UDP-Gal). The reason why PhUGT was mistaken for a UDP-Gal-specific GT was demonstrated to be a shorter reaction time, in which many quercetin 3-O-glycosides, except hyperoside, could not be effectively synthesized. The fact that the microbial cell factory expressing PhUGT could yield an array of Q3Gs further confirmed the donor promiscuity of PhUGT. This study laid a foundation for the scale production of Q3GalNAc and provided a potent biocatalyst capable of glycodiversifying quercetin as well.
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