近日，江南大學生物工程學院釀造微生物學與應用酶學研究室徐巖、喻曉蔚教授團隊在脂肪酶前肽研究取得重要進展，研究成果“Propeptide inRhizopus chinensislipase: new insights into its mechanism of activity and substrate selectivityby computational design”封面發(fā)表于農(nóng)林科學領(lǐng)域Top期刊Journal of Agricultural and Food Chemistry（IF=4.192）（https://doi.org/10.1021/acs.jafc.1c0072）

 

　　脂肪酶（EC 3.1.1.3）對酯鍵具有良好的水解與合成活性，被廣泛應用于食品、制藥、洗滌劑和生物能源相關(guān)行業(yè)。其中，真菌脂肪酶由于其高穩(wěn)定性和廣泛的底物特異性具有明顯的優(yōu)勢。在大多數(shù)真菌脂肪酶結(jié)構(gòu)內(nèi)都具有一段前肽結(jié)構(gòu)域，這對脂肪酶的分泌、催化效率及底物選擇性都非常重要。本研究以華根霉脂肪酶（Rhizopus chinensislipase, RCL）為研究模型，利用元動力學（metadynamics）模擬、經(jīng)典分子動力學模擬以及定點突變相結(jié)合的方法，深入討論脂肪酶前肽結(jié)構(gòu)域影響其功能及底物選擇性的作用機制。計算結(jié)果表明，前肽結(jié)構(gòu)域?qū)CL蓋子的運動存在明顯的抑制，通過動態(tài)互相關(guān)分析以及獨立梯度模型分析，在前導肽上發(fā)現(xiàn)了抑制作用的關(guān)鍵區(qū)域（Val5-Thr10），并在該片段進行理性設計及酶促反應動力學測定。最優(yōu)脂肪酶突變體的催化效率較野生型提升了7倍，并同時顯示出前肽結(jié)構(gòu)域改變脂肪酶底物鏈長選擇性的能力。經(jīng)過底物拓展后發(fā)現(xiàn)該調(diào)控能力同時體現(xiàn)在甘油三酯類的其他底物中。本研究通過計算機模擬與定點突變相互結(jié)合的方法揭示了前肽關(guān)鍵區(qū)域?qū)χ久复呋侍嵘偷孜锾禺愋缘目煽馗淖兊闹匾饔?，也為同樣具有前導肽類似結(jié)構(gòu)域的工業(yè)酶的設計及改造提供了理論依據(jù)。

　　圖1.獨立梯度模型分析華根霉脂肪酶前肽與蓋子在pNPb（A）與pNPp（B）底物體系中的相互作用

 

　　喻曉蔚教授為該論文的通訊作者，博士研究生王上為該論文的第一作者。上述研究工作得到了國家自然科學基金項目（32072162）、輕工技術(shù)與工程國家雙一流學科建設項目（LITE2018-09）的資助。