中科院天津工業(yè)生物技術研究所郭瑞庭課題組在耐熱纖維素酶的晶體結構及基因改造研究上獲得階段性重要進展。
纖維素酶已經(jīng)廣泛應用于處理不同含有碳水化合物的物質。海棲熱孢菌中纖維素酶12A屬于糖苷水解酶的第十二個家族。它是一個內切葡聚糖酶可以藉由切割b-1,4糖苷鍵而達到降解纖維素分子成為更小的片段,進而促進碳水化合物的利用。因為此酶具有超嗜熱的特性,使其特別適合應于工業(yè)上。
在本篇文章中,研究人員利用”活性區(qū)突變法”(將氨基酸序列134的谷氨酸突變成半胱氨酸)結合”含有汞金屬衍生物浸泡法”將纖維素酶12A的結構解析出來。纖維素酶12A的結構采用糖苷水解酶第十二個家族的典型蛋白折疊模式,為”b-卷餅折疊”,就是兩個彎曲的b-折疊加上一個中心活性區(qū)的凹槽。與其他糖苷水解酶第十二個家族的酵素來做結構上的比較會發(fā)現(xiàn)兩處顯著的差異,除了兩個較長且高度扭轉的b-鏈B8和B9之外,還有許多的值得注意的地方。其中,在與纖維四糖和纖維二糖的復合體結構中可以觀察到一個獨特的環(huán)A3-B3,這個環(huán)包含了氨基酸序列60的精氨酸和氨基酸序列61的酪氨酸,并藉由這兩個氨基酸的氫鍵和堆疊作用力來穩(wěn)定底物。透過高解析度的復合體結構也可以清楚地解釋酶與底物之間詳細的作用網(wǎng)絡。
該項研究成果為接下來改造此耐熱纖維素酶活性提供了堅實的基礎,相關研究結果發(fā)表在2011年的Proteins封面文章。該項目獲得工業(yè)酶國家工程實驗室及天津市專項(10ZCKFSY06000)的支持。