木質纖維素是地球上最豐富的可再生資源之一，其合成與降解是自然界碳素循環的中心環節。植物細胞壁在進化過程中形成了天然的「抗降解屏障」，特別是在半纖維素中，大多數多糖均含有側鏈修飾，降解困難。中國科學院青島生物能源與過程研究所微生物資源團隊致力於嗜熱微生物降解木質纖維素的機制研究，近期與美國北卡羅來納州立大學教授Robert Kelly合作，闡明了極端嗜熱微生物Caldicellulosiruptor阿拉伯呋喃的酶解機制及其與木聚糖酶協同降解效應，對於木質纖維素的生物降解有重要意義，研究成果發表在Applied Environmental Microbiology (AEM)上。
此外，纖維素降解糖苷水解酶中，5家族為數眾多，具有纖維素酶和地衣多糖酶等活性，但雙功能纖維素酶/地衣多糖酶底物的選擇性機制尚不清楚。青島能源所微生物資源團隊與代謝物組學團隊研究員馮銀剛、仿真模擬團隊研究員姚禮山以及清華大學教授王新泉合作，解析了極端嗜熱厭氧菌Caldicellulosiruptor sp. F32的糖苷水解酶F32EG5的蛋白及蛋白底物複合體結構，揭示了底物選擇性機制。該工作已在線發表在Biochemical Journal上。
研究團隊發現F32EG5能夠切斷β-1,3-1,4-葡聚糖底物的β-1,3-糖苷鍵或β-1,3-糖苷鍵前面的β-1,4-糖苷鍵，與傳統的GH16家族地衣聚糖酶（切斷β-1,3-糖苷鍵後面的β-1,4-糖苷鍵）截然不同，是一種新的β-葡聚糖糖苷鍵切斷方式。F32EG5具有典型的GH5家族蛋白(β/α)8桶狀結構，具有獨特的底物結合位點，決定了底物特異性。複合體結構顯示，F32EG5具有一個急劇彎曲的底物結合孔道，與同樣具有彎曲構象的β-1,3-1,4-葡聚糖底物特異結合，決定了該蛋白的高地衣聚糖酶活性。分子動力學模擬及定點突變分析驗證了上述設想。
研究工作獲得了科技部973計劃、國家自然科學基金、山東省自然科學傑出青年基金、山東省重點研發計劃等的支持。（來源：中科院青島生物能源與過程研究所）
圖1 Arabinofuranosidase協同降解帶有阿拉伯糖側鏈的半纖維素模式圖
圖2 F32EG5底物特異性作用機制
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