近期，我校生物工程学院糖化学与生物技术教育部重点实验室李子杰副教授课题组在稀有糖生物催化领域取得重要进展。针对野生型L-鼠李树胶糖-1-磷酸醛缩酶（L-rhamnulose-1-phosphate aldolase, RhaD）立体选择性较差、制约工业化应用的瓶颈问题，创新性地提出活性位点空间位阻调控的立体选择性改造策略，显著提升该酶催化合成D-阿洛酮糖的底物专一性与催化性能。研究成果“Enhancing the stereoselectivity of L-rhamnulose-1-phosphate aldolase toward D-allulose synthesis through steric hindrance modulation”正式发表于 Food Chemistry（IF=10.4，https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2026.149709）。
D-阿洛酮糖是一类极具应用价值的低热量稀有糖，在功能食品、医药健康等领域具有广阔的应用前景。D-阿洛酮糖的主流生产路线是D-果糖3-差向异构酶催化D-果糖合成D-阿洛酮糖，然而转化率只有30%左右，且底物D-果糖与D-阿洛酮糖理化性质接近、分离难度大、生产成本高。磷酸二羟基丙酮（DHAP）依赖型醛缩酶介导的羟醛缩合反应，可利用低碳小分子合成稀有糖，是一种有潜力的替代合成路线。然而野生型RhaD醛缩酶立体选择性较差，催化DHAP与D-甘油醛缩合、脱磷酸后，除了生成D-阿洛酮糖外，还产生大量副产物D-山梨糖，制约其进一步工业化应用。
针对RhaD醛缩酶对D-甘油醛立体选择性差的瓶颈问题，首先建立了集成3,5-二硝基水杨酸（DNS）显色法与D-阿洛酮糖特异性生物传感器的高通量筛选体系，可实现对目标产物D-阿洛酮糖和副产物D-山梨糖的快速定量检测。随后结合分子对接与分子动力学模拟分析，发现位于活性口袋附近的P188位点所在的柔性环区是调控RhaD立体选择性的关键区域。通过在该位点引入大侧链的氨基酸残基进行饱和突变，成功获得两个高性能突变体：P188N突变体生成的D-阿洛酮糖/D-山梨糖比值从野生型的0.45提升至35.28，立体选择性大幅提升；而P188Y突变体则实现了D-阿洛酮糖的单一产物合成，完全消除了副产物D-山梨糖的产生。分子机制解析表明，P188位点突变可通过双重调控重塑酶活口袋：一方面通过增强对副产物D-山梨糖-1-磷酸的空间位阻排斥作用，另一方面提升柔性环构象动态可调性，使活性口袋更适配目标产物D-阿洛酮糖-1-磷酸，最终实现酶催化立体选择性的定向重塑。该研究解析了RhaD醛缩酶立体选择性的空间位阻调控分子机制，同时为各类醛缩酶的定向分子改造与催化功能优化提供了新的设计思路与理论支撑。
图1 RhaD醛缩酶P188位点突变分析
图2 D-山梨糖-1-磷酸/D-阿洛酮糖-1-磷酸与188位氨基酸残基的距离分析
图3 野生型RhaD及其突变体的分子动力学分析
李子杰副教授为论文通讯作者，我校2020级博士生费康清（已毕业）、博士生余成为论文共同第一作者，论文作者还包括浙江大学郑文隆研究员等。上述研究得到了国家重点研发计划项目（2025YFF1107300）、国家自然科学基金项目（32171475）等资助。
近年来，李子杰副教授课题组在糖合成生物学及生物催化领域成果丰硕，相关研究发表在Chemical Engineering Journal (2026)、Food Chemistry (2026)、Bioresource Technology (2026)、Journal of Agricultural and Food Chemistry (2026a, 2026b, 2025, 2022, 2020a, 2020b)、Communications Biology (2023)、International Journal of Biological Macromolecules (2025, 2024)、Food Bioscience (2025)等本领域权威期刊。
