葡萄糖氧化酶能够以分子氧为电子受体，催化葡萄糖氧化生成葡萄糖酸内酯，在饲料、医药、生物化工等领域具有广泛应用。木糖是植物生物质中含量仅次于葡萄糖的单糖，但由于以分子氧为电子受体的天然木糖氧化酶尚未见报道，目前对其进行体外酶促氧化通常需要使用依赖辅因子再生系统的木糖脱氢酶，成本较高。近日，山东大学微生物技术国家重点实验室生物质资源转化团队刘国栋研究组在绿色可持续发展领域期刊Green Chemistry发表了题为“Engineering the substrate preference of glucose oxidase for the enzymatic oxidation of xylose”的研究论文，报道了对葡萄糖氧化酶底物特异性进行半理性设计改造的研究进展。

该研究基于黑曲霉葡萄糖氧化酶的三维结构信息，选择其T110和F414残基进行了迭代饱和突变，最终获得了底物范围得到拓宽的突变体T110V/F414L。与野生酶相比，T110V/F414L对木糖的亲和力显著提升，木糖氧化活性提高了5.7倍。分子动力学模拟发现，突变体可能缓解了木糖在底物结合口袋入口处的非生产性结合，进而有利于其C1位羟基靠近活性中心的组氨酸催化残基。使用该突变体和过氧化氢酶组成双酶催化体系，实现了玉米芯水解液中木糖和葡萄糖到对应醛糖酸的同步酶法氧化。以上研究结果有助于加深对葡萄糖氧化酶高度底物专一性机制的理解，并为木糖的生物转化提供了新的元件。

山东大学微生物技术国家重点实验室2021级硕士研究生王悦和国家糖工程技术研究中心博士研究生曹雪婷为论文的共同第一作者，刘国栋副教授为论文的通讯作者，微生物技术国家重点实验室为第一作者单位和通讯作者单位。国家糖工程技术研究中心蒋绪恺副研究员为论文做出了重要贡献。山东大学生命环境研究公共技术平台为研究提供了技术支持。

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https://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2024/GC/D3GC04981G