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基于结构基础的嗜热细菌Caldicellulosiruptor bescii木聚糖酶CbXyn10C的热稳定性分子改良

文献类型： 中文期刊

作者： 张经纬;刘晓青;田健;罗会颖;姚斌;涂涛

作者机构：

关键词： 木聚糖酶;晶体结构;热稳定性;理性设计

期刊名称：微生物学通报

ISSN： 0253-2654

年卷期： 2023 年

页码：

收录情况： 北大核心（2020版） ; ; CSCD（2023-2024年度） ; ; 科技核心（2023版）

摘要： 【背景】作为降解木聚糖的核心酶种，木聚糖酶可以有效促进木质纤维素的消化水解，在动物养殖领域广泛应用。来源于嗜热细菌Caldicellulosiruptor bescii的GH10家族木聚糖酶CbXyn10C最适温度为85 ℃，在80 ℃条件下具有良好的热稳定性，具有饲料工业应用潜力。【目的】为满足饲料制粒尤其是水产饲料加工过程的工艺要求，进一步提高木聚糖酶CbXyn10C的热稳定性并阐明其耐热机理。【方法】以CbXyn10C晶体结构为基础，采用刚性氨基酸引入、疏水作用网络重排2种策略对其热稳定性进行理性设计，获得在100 ℃条件下比活提高的单点突变体后，随后通过有益突变位点叠加策略进一步提升酶的热稳定性。最后采用分子动力学模拟技术分析其热稳定性提高的分子机制。【结果】共获得了4个稳定性提高的单点突变体A45P、T69P、F309V和A325P，其中突变体A45P效果最优。随着在A45P基础上另外3个突变位点的叠加，酶的热稳定性在不损失酶活的前提下得到了逐步提升。获得的四点突变体A45P/F309V/A325P/T69P的耐热性最好，其最适反应温度和熔解温度Tm值较野生型分别提高了5 ℃和6.8 ℃。分子动力学模拟技术分析发现4个位点的突变引入了新的氢键作用力且优化了疏水作用网络，进而导致酶的结构构象更加稳定。【结论】本研究不仅提高了木聚糖酶在饲料工业中的应用价值，而且对基于酶蛋白结构的稳定性分子改造提供了理论支持。

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