北京工商大学JAFC封面文章报道木聚糖酶领域最新进展

展源 2023-12-04

北京工商大学食品与健康学院研究生吴秋华JAFC封面文章报道木聚糖酶领域最新进展：N端loop柔性区域刚化策略实现Streptomyces rameus L2001木聚糖酶的热稳定性与催化活性双提升 Journal of Agriculture and Food Chemistry

●近日，北京工商大学食品与健康学院李秀婷教授课题组在国际食品期刊Journal of Agriculture and Food Chemistry（中科院一区，TOP期刊）上发表了题为“Simultaneously enhanced thermostability and catalytic activity of xylanase from Streptomyces rameus L2001 by rigidifying flexible regions in loop regions of the N-terminus”的封面论文，2020级博士研究生吴秋华和张成楠副教授为论文共同第一作者，北京工商大学李秀婷教授为论文的通讯作者。

成果介绍

经济社会的快速发展以及快节奏的生活方式，导致人类营养健康问题日益凸显,近年由于膳食结构不合理而引起的心脑血管疾病、糖尿病、肥胖症等慢性非传染性疾病数量呈现出持续增长态势。随着《“健康中国2030”规划纲要》的出台，“健康中国”正式成为国家发展战略，通过膳食来保障健康的方法及途径越来越受到食品科学界的关注。研究表明，低聚糖类膳食纤维对维持人体肠道菌群的平衡具有重要意义，其中功能性低聚木糖因其突出的生物活性而具有广泛的应用前景，而内切-β-1,4-木聚糖酶能随机裂解木聚糖骨架上的β-1,4-糖苷键，形成低聚木糖而受到研究者青睐。一直以来，研究人员在努力寻求活性更高及热稳定性更好的木聚糖酶以期满足低聚糖工业化生产需求，而深入探讨低聚木糖催化形成的分子机制，丰富木聚糖酶等水解酶类分子催化的基础理论，对功能性低聚糖的研究和高效生产能够起到重要的指导作用，对“健康中国”国家发展战略的顺利推进与实施具有实际意义。

一般地，增强酶的结构刚性是提高酶热稳定性的行之有效的方法。本研究首先通过分子动力学模拟预测了Streptomyces rameus L2001木聚糖酶XynA的N端柔性位点，利用序列比对分析了这些位点在优异水解特性和热稳定性的木聚糖酶中所对应的保守氨基酸残基，采用合理设计构建了突变体库，研究了突变体的热稳定性和催化活性。本研究基于前期深入探讨定位到对于GH11木聚糖酶催化活性及热稳定性具有重要作用的保守序列¹¹YHDGYF¹⁶，利用单点及多点组合突变的策略，探究了不同位点对XynA热稳定性的影响，整合各有效位点构建组合突变体，突变体在90°C下孵育12 h，其残余酶活性超过85%，是本领域迄今为止热稳定性最好的突变体酶，实现了酶的热稳定性与催化活性双重提升的改造目标。本研究以此突变体为对象，首次深入探讨了GH11木聚糖酶热稳定性及催化活性能够同时提升的分子机制，对于木聚糖酶等水解酶类的催化基础理论形成重要的补充。

图文赏析

图形摘要

Figure 1. Sequence and structural comparison of xylanase XynA and relevant GH11 xylanases.

Figure 2. The thermostability and hydrolytic properties of XynA, Mut1 and Mut2.

Figure 3. The interaction analysis of the wild-type XynA (a), Mut1 (b), and Mut2 (c).

Figure 4. The electrostatic potential energy analysis of the wild-type XynA (a, d), Mut1 (b, e), and Mut2 (c, f). The mutant regions of the enzyme (loop2-¹¹YHDGYF¹⁶, loop3-²³AP²⁴ and ²³SP²⁴, loop4-³²GP³³) are marked with black frames.

Figure 5. MD simulation analysis of the wild-type XynA, Mut1, and Mut2, including RMSD analysis (a), R_g analysis (b), SASA analysis (c) and RMSF analysis (d).

参考文献

https://doi.org/10.1021/acs.jafc.3c03871

内容来源：食品加智食科技

责任编辑：展源

审　　核：何发

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