木質(zhì)纖維素是地球上最豐富的可再生資源，其合成與降解是自然界碳素循環(huán)的中心環(huán)節(jié)。植物細(xì)胞壁在進(jìn)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(shù)多糖均含有側(cè)鏈修飾，降解困難。青島能源所微生物資源團(tuán)隊長期致力于嗜熱微生物降解木質(zhì)纖維素的機(jī)制研究，近期與美國北卡羅來納州立大學(xué)的Robert Kelly教授合作，闡明了極端嗜熱微生物Caldicellulosiruptor阿拉伯呋喃的酶解機(jī)制及其與木聚糖酶協(xié)同降解效應(yīng)，對于木質(zhì)纖維素的生物降解有重要意義，該成果發(fā)表在2017年的Applied Environmental Microbiology (AEM), 83:e00574-17上，微生物資源團(tuán)隊李福利研究員和呂明副研究員為該文通訊作者，同時申請發(fā)明專利一項(xiàng)。
此外，纖維素降解糖苷水解酶中，5家族為數(shù)眾多，具有纖維素酶和地衣多糖酶等活性，但是雙功能纖維素酶/地衣多糖酶底物的選擇性機(jī)制尚不清楚。研究所微生物資源團(tuán)隊與代謝物組學(xué)團(tuán)隊馮銀剛研究員、仿真模擬團(tuán)隊姚禮山研究員以及清華大學(xué)王新泉教授合作，解析了極端嗜熱厭氧菌Caldicellulosiruptor sp. F32的糖苷水解酶F32EG5的蛋白及蛋白底物復(fù)合體結(jié)構(gòu)，揭示了底物選擇性機(jī)制。該工作已在線發(fā)表于Biochemical Journal上，李福利研究員和馮銀剛研究員為該文的通訊作者。
研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)F32EG5能夠切斷-1,3-1,4-葡聚糖底物的-1,3-糖苷鍵或 -1,3-糖苷鍵前面的 -1,4-糖苷鍵，與傳統(tǒng)的GH16家族地衣聚糖酶（切斷 -1,3-糖苷鍵后面的 -1,4-糖苷鍵）截然不同，是一種新的 -葡聚糖糖苷鍵切斷方式。F32EG5具有典型的GH5家族蛋白( / )8桶狀結(jié)構(gòu)，具有獨(dú)特的底物結(jié)合位點(diǎn)，決定了底物特異性。復(fù)合體結(jié)構(gòu)顯示，F32EG5具有一個急劇彎曲的底物結(jié)合孔道，與同樣具有彎曲構(gòu)象的 -1,3-1,4-葡聚糖底物特異結(jié)合，決定了該蛋白的高地衣聚糖酶活性。分子動力學(xué)模擬及定點(diǎn)突變分析驗(yàn)證了上述設(shè)想。
上述研究獲得了科技部973計劃、國家自然科學(xué)基金、山東省自然科學(xué)杰出青年基金、山東省重點(diǎn)研發(fā)計劃等支持。（文/圖 孟冬冬 呂明）
圖1 Arabinofuranosidase協(xié)同降解帶有阿拉伯糖側(cè)鏈的半纖維素模式圖
圖2 F32EG5底物特異性作用機(jī)制
原文鏈接：
http://aem.asm.org/content/83/13/e00574-17.abstract?sid=d68d0570-f831-409f-83b8-df27cd7b2ea2
http://www.biochemj.org/content/early/2017/08/24/BCJ20170328
