Characterization of a Novel Bifunctional UDP-Glycosyltransferase (PcUGT71BE11) from Polygonum cuspidatum in Emodin Glycosides Formation and Deglycosylation

大黄素 双功能 化学 糖基化 生物化学 突变 立体化学 催化作用 糖苷 突变体 糖基转移酶 有机化学 磷酸果糖激酶2 定向诱变 保健品 分子模型 定点突变 溶剂 糖蛋白 分子 组合化学 动力学
作者
Jianhui Chen,Hongping Ma,Fan Lin,Shenglong Chen,Shujing Cheng,Peiyong Xin,Haili Fan,JinFang CHU,Tuanyao Chai,Hong Wang
出处
期刊:Journal of Agricultural and Food Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:74 (1): 1242-1253 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acs.jafc.5c12500
摘要

Emodin glucosides, including emodins 1-O-glucoside (E1G), E6G, and E8G, possess significant pharmaceutical and nutraceutical potentials. Here, we identified PcUGT71BE11 from Polygonum cuspidatum as a bifunctional UGT capable of both glycosylating all three hydroxyl groups of emodin and deglycosylating E1G and E8G. Kinetic and time-course analyses showed that E1G was the first product, and its accumulation was pH-dependent. PcUGT71BE11 predominantly produced E1G at pH 8.8 but shifted to E6G at pH 6.8 due to decreased glycosylation and increased deglycosylation at acidic pH. The UDP-dependent deglycosylation was attenuated by sucrose synthase introduction, thereby enhancing E1G accumulation. Structural modeling, molecular dynamics, MM/GBSA binding free energy, and mutagenesis revealed the molecular basis: H19, D120, P190, and E395 governed the bifunctionality, while C144, I192, and L147 contributed to the regioselectivity. Notably, the L147N mutant enhanced the 8-O-glycosylation selectivity. This study elucidates the molecular mechanism of PcUGT71BE11 and provides a promising catalyst for producing diverse emodin glycosides.
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