研究揭示裂解多糖單加氧酶與底物相互作用機制

2020-12-03 生物谷



近日，中國科學院大連化學物理研究所天然產物及糖工程研究組研究員尹恆團隊與分子反應動力學國家重點實驗室分子模擬與設計研究組研究員李國輝團隊合作，在裂解多糖單加氧酶（LPMO）與不可溶的纖維素底物相互作用機制方面取得新進展。該研究揭示了LPMO與纖維素底物相互作用的模式，並確定了決定這一過程的關鍵胺基酸，從而解釋了LPMO的底物偏好性和區域選擇性。

酶與底物的相互作用是揭示酶的催化機理從而指導酶工程改造的重要基礎。然而，由於有些酶的底物不可溶，極大地限制了X射線晶體衍射和核磁共振等傳統的酶與底物相互作用研究方法的應用。其中LPMO介導的纖維素氧化裂解就是一個例子。LPMO是近年來發現的一大類可以通過氧化的方式破壞纖維素等不溶多糖結晶區的金屬酶，它們可以為纖維素水解酶提供更多的作用位點，從而提高纖維素的降解效率。尹恆團隊系統開展了LPMO的發掘及活性研究工作，併合作構建了光電驅動-LPMO酶催化系統（

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l. Catal. B： Environ. ，2020，265： 558；Int. J. Biol. Macromol.，2019，139： 570；Int. J. Biol. Macromol.，2015，79： 72）。但目前人們對於LPMO與纖維素底物相互作用機制了解甚少。

針對此問題，研究團隊通過計算化學與生物化學相結合的策略，率先揭示了來源於嗜熱菌的AA9家族LPMO與纖維素的相互作用模式，發現該酶可以通過同時作用於兩條相鄰的多糖鏈，穩定地結合在不可溶的多糖底物的疏水表面，並提出LPMO的區域選擇性與其底物結合位置相關。此外，研究團隊還建立了此酶促反應過程中過氧化氫的積累與底物結合之間的關係模型，進而證明了LPMO催化不可溶多糖的氧化過程主要是由過氧化氫驅動的。這些發現加深了人們對LPMO與纖維素底物互作機制的認識，為後續酶工程改造及有效利用纖維素等多糖資源提供了理論支持。

相關成果發表在《物理化學快報》（The Journal of Physical Chemistry Letters）上。該工作得到國家自然科學基金面上項目、中科院青年創新促進會項目、遼寧省「興遼英才」項目和大連化物所科研創新基金項目等資助。(

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