來源于嗜冷生物的低溫酶是自然界中高度進(jìn)化的酶類之一。通常，在室溫及以下溫度，低溫酶比中溫或嗜熱同源酶具有更高的催化效率，但對熱敏感、易失去活性。因此，在保持低溫酶冷適應(yīng)特性的同時，通過理性設(shè)計(jì)進(jìn)一步提高低溫酶催化性能、擴(kuò)大低溫酶溫度適應(yīng)范圍具有重要意義。然而，揭示低溫酶的溫度適應(yīng)性機(jī)制仍是酶學(xué)研究領(lǐng)域的挑戰(zhàn)。
中國科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所研究員盛翔帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)，聯(lián)合瑞典烏普薩拉大學(xué)教授Johan ?qvist團(tuán)隊(duì)，以一組序列高度同源、三維結(jié)構(gòu)幾乎一致的低溫脂肪酶（pLipA）和中溫脂肪酶（mLipA）為研究對象，采用經(jīng)驗(yàn)價鍵理論/分子動力學(xué)模擬等計(jì)算模擬與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合的方法，探討了不同溫度下兩種脂肪酶催化機(jī)理，闡明了低溫脂肪酶溫度、能量與結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，確定了活性中心氨基酸殘基是pLipA實(shí)現(xiàn)冷適應(yīng)的核心結(jié)構(gòu)因素，并獲得了在整個溫度范圍內(nèi)的活性均提高的單點(diǎn)突變體mLipA-I12M。
進(jìn)一步，該研究采用高溫下破壞低溫脂肪酶非活性狀態(tài)的構(gòu)象穩(wěn)定性策略（通過構(gòu)建活性中心遠(yuǎn)端殘基的離子相互作用），穩(wěn)定了催化三聯(lián)體具有催化活性的構(gòu)象，構(gòu)建了pLipA的最適反應(yīng)溫度提高、活性增強(qiáng)的突變體3mut。
上述研究揭示了低溫脂肪酶的冷適應(yīng)機(jī)制，開展了蛋白的理性改造，實(shí)現(xiàn)了低溫脂肪酶和中溫脂肪酶在寬溫域高活性的創(chuàng)制，為其他低溫酶的理性設(shè)計(jì)提供了理論指導(dǎo)。
相關(guān)研究成果發(fā)表在ACS Catalysis上。研究工作得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等的支持。
論文鏈接
脂肪酶突變體的理性改造
本文鏈接：高效低溫脂肪酶計(jì)算設(shè)計(jì)與理性改造獲進(jìn)展http://www.sq15.cn/show-12-1424-0.html
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