微生物代謝國家重點實驗室在酶穩(wěn)定化機(jī)制及策略研究方面取得重要進(jìn)展
?????? 近日，微生物代謝國家重點實驗室馮雁課題組在美國生物化學(xué)與分子生物學(xué)學(xué)會會刊The Journal of Biological Chemistry上在線發(fā)表研究文章《Enhanced Enzyme Kinetic Stability by Increasing Rigidity within the Active Site》，建立了酶活性中心穩(wěn)定化新策略，闡明了酶動力學(xué)穩(wěn)定性提高的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。
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?????? 酶作為高效、環(huán)境友好的生物催化劑，在生物材料、醫(yī)藥、能源等工業(yè)中具有重要應(yīng)用，但由于天然酶的生物學(xué)穩(wěn)定性低，易失活，極大地限制了現(xiàn)代生物產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。探討酶穩(wěn)定性機(jī)制、建立有效的酶穩(wěn)定化策略已成為生物學(xué)和蛋白質(zhì)工程中具有挑戰(zhàn)性的工作。馮雁教授課題組在多年研究的基礎(chǔ)上，提出了“酶活性中心穩(wěn)定化”策略，即針對酶活性中心區(qū)域柔性較高、構(gòu)象易變的特點，通過定向結(jié)構(gòu)修飾來提高其剛性，從而提高酶動力學(xué)穩(wěn)定性。他們以Candida antarctica脂肪酶為模式酶，圍繞催化活性殘基Ser附近高B因子殘基進(jìn)行迭代飽和突變，通過對小型智能突變庫篩選，獲得了既保持催化高活性，同時動力學(xué)穩(wěn)定性明顯提高的突變體；進(jìn)一步與吳更課題組合作制備突變體晶體結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，組成底物通道的α螺旋形成了新的主鏈間氫鍵網(wǎng)絡(luò)，增強(qiáng)了酶活性部位的剛性。這表明在保持酶活性中心原有骨架基礎(chǔ)上，提高其內(nèi)部二級結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性是改善酶動力學(xué)穩(wěn)定性的有效手段。
?????? 該研究不僅提出了“酶活性中心穩(wěn)定化”新策略，更重要的是從區(qū)域穩(wěn)定化的角度揭示了酶活性中心剛性對酶動力學(xué)穩(wěn)定性的影響。“酶活性中心穩(wěn)定化”策略有望為生物催化提供高穩(wěn)定性新酶源，還可能為合成生物學(xué)設(shè)計、定制新型生物元件提供指導(dǎo)。該研究得到了國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃項目(2012CB721003、2011CBA00800)，國家自然科學(xué)基金項目（31370106），以及“863”項目(2013AA102801)的支持。
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文章鏈接：（http://www.jbc.org/content/early/2014/01/21/jbc.M113.536045. full.html#ref-list-1）
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