Highly Efficient Production of UDP-Glucose from Sucrose via the Semirational Engineering of Sucrose Synthase and a Cascade Route Design

蔗糖 蔗糖合成酶 级联 化学 生物化学 生产(经济) ATP合酶 色谱法 转化酶 宏观经济学 经济
作者
Liting Zhao,Zhongbao Ma,Qiong Wang,Yu Shen,Linpei Zhang,Lei Chen,Guiyang Shi,Zhongyang Ding
出处
期刊:Journal of Agricultural and Food Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:71 (33): 12549-12557 被引量:12
标识
DOI:10.1021/acs.jafc.3c03877
摘要

Nucleotide sugars are essential precursors for carbohydrate synthesis but are in scarce supply. Uridine diphosphate (UDP)-glucose is a core building block in nucleotide sugar preparation, making its efficient synthesis critical. Here, a process for producing valuable UDP-glucose and functional mannose from sucrose was established and improved via a semirational sucrose synthase (SuSy) design and the accurate D-mannose isomerase (MIase) cascade. Engineered SuSy exhibited enzyme activity 2.2-fold greater than that of the WT. The structural analysis identified a latch-hinge combination as the hotspot for enhancing enzyme activity. Coupling MIase, process optimization, and reaction kinetic analysis revealed that MIase addition during the high-speed UDP-glucose synthesis phase distinctly accelerated the entire process. The simultaneous triggering of enzyme modules halved the reaction time and significantly increased the UDP-glucose yield. A maximum UDP-glucose yield of 83%, space-time yield of 70 g/L/h, and mannose yield of 32% were achieved. This novel and efficient strategy for sucrose value-added exploitation has industrial promise.
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