近日,中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所食品酶工程創(chuàng)新團隊研究發(fā)現(xiàn)了一種可以兼顧水解木聚糖主鏈(β-1,4-木糖苷鍵)和側(cè)鏈(乙酰酯鍵)的雙功能水解酶CLH10,并揭示了其以單一序列結(jié)構(gòu)域識別兩種不同底物和催化兩種不同類型反應(yīng)的分子機制。該研究系統(tǒng)地從酶的“序列-結(jié)構(gòu)-功能”角度闡釋了一種新型水解酶的雙功能形成和催化機制,對新酶的篩選、人工設(shè)計和定向進化提供了全新視角。相關(guān)研究成果在線發(fā)表在美國化學會期刊《ACS Catalysis》上。
“綠色制造”是實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必經(jīng)之路,也是我國的重大戰(zhàn)略需求。農(nóng)產(chǎn)品在加工過程中產(chǎn)生了諸多共產(chǎn)物,如木聚糖等,由于其結(jié)構(gòu)復雜而難以被有效利用,成為行業(yè)里一重大難題。木聚糖是一種重要的生物質(zhì)資源,其梯次化利用是實現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品加工共產(chǎn)物高值化利用的有效途徑。然而,由于其主鏈與側(cè)鏈交聯(lián)形成的網(wǎng)絡(luò)化結(jié)構(gòu),致使木聚糖需要復雜的多酶協(xié)同催化才可實現(xiàn)有效降解。
研究發(fā)現(xiàn),CLH10同時擁有水解木聚糖主鏈和乙酰酯側(cè)鏈的能力,具備“一酶多用”的高效酶解木聚糖的應(yīng)用潛力。通過晶體結(jié)構(gòu)解析、生物信息學分析和酶促動力學研究發(fā)現(xiàn),CLH10在一級結(jié)構(gòu)上包含離散交錯的酯酶和糖苷酶保守序列片段,折疊后在三級結(jié)構(gòu)上同時形成兩個功能區(qū),可分別識別、催化乙酰酯和木糖苷類底物,最終實現(xiàn)雙催化功能,且兩種催化功能相互獨立、互不干擾。結(jié)構(gòu)進化分析表明,CLH10是基于保守的酯酶結(jié)構(gòu)進化而獲得了木糖苷底物的識別和催化功能。
該研究得到了中國農(nóng)科院科技創(chuàng)新工程、國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金和中國博士后基金的資助。(通訊員 杜坷)
原文鏈接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.8b03383