Protein Engineering to Change the Sugar Donor and Improve the Activity of PnUGT94Q39 for Efficient Ginsenoside Rf Biosynthesis

人参皂甙 化学 突变体 生物化学 蛋白质工程 蔗糖 大肠杆菌 糖 酶 定向进化 生物催化 代谢工程 生物合成 催化作用 突变 生产过剩 生物转化 人参皂苷Rg1 细胞培养 催化效率
作者
Maoqi Hou,S H Chen,L Yang,Shujuan Zhao,Z Wang
出处
期刊:Journal of Agricultural and Food Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:74 (23): 18212-18221
标识
DOI:10.1021/acs.jafc.6c04510
摘要

Abstract Ginsenoside Rf, a rare protopanaxatriol-type ginsenoside derived from Panax ginseng, exhibits notable neuroprotective, anti-inflammatory, and antitumor properties. However, its low natural abundance has impeded large-scale production. Here, we reprogrammed the sugar donor specificity of PnUGT94Q39 from UDP-xylose to UDP-glucose, thereby enabling efficient ginsenoside Rf biosynthesis. A single-point mutation (I142T) within a flexible loop not only switched the sugar donor preference to UDP-glucose but also established efficient catalysis (kcat/Km, 1.18 μM–1·min–1) toward this donor. Coupling the I142T mutant with sucrose synthase GmSUS in Escherichia coli enabled the production of ginsenoside Rf (Rf) from ginsenoside Rh1 (Rh1) without exogenous UDP-glucose addition. Under optimized whole-cell biocatalysis conditions, a ginsenoside Rf titer of 1219.49 mg·L–1 was achieved, corresponding to a 97.26% conversion rate from Rh1 to Rf. Collectively, this work generated an efficient PnUGT94Q39-I142T mutant and established a sustainable, high-efficiency route for ginsenoside Rf production.
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