近日，大連化物所天然產(chǎn)物及糖工程研究組（1805組）尹恒研究員團隊與分子反應動力學國家重點實驗室分子模擬與設計研究組（1106組）李國輝研究員團隊合作，在裂解多糖單加氧酶（LPMO）與不可溶的纖維素底物相互作用機制方面取得新的進展。揭示了LPMO與纖維素底物相互作用的模式，并確定了決定這一過程的關(guān)鍵氨基酸，從而解釋了LPMO的底物偏好性和區(qū)域選擇性。
酶與底物的相互作用是揭示酶的催化機理從而指導酶工程改造的重要基礎(chǔ)。然而，由于有些酶的底物不可溶，極大地限制了X射線晶體衍射和核磁共振等傳統(tǒng)的酶與底物相互作用研究方法的應用。其中LPMO介導的纖維素氧化裂解就是一個例子。LPMO是近年來發(fā)現(xiàn)的一大類可以通過氧化的方式破壞纖維素等不溶多糖結(jié)晶區(qū)的金屬酶，它們可以為纖維素水解酶提供更多的作用位點，從而提高纖維素的降解效率。尹恒團隊系統(tǒng)開展了LPMO的發(fā)掘及活性研究工作，并合作構(gòu)建了光電驅(qū)動-LPMO酶催化系統(tǒng)（Appl. Catal. B: Environ. ，2020，265: 558；Int. J. Biol. Macromol.，2019，139: 570；Int. J. Biol. Macromol.，2015，79: 72）。但目前人們對于LPMO與纖維素底物相互作用機制了解甚少。
LPMO與纖維素的相互作用及關(guān)鍵氨基酸
針對此問題，研究團隊通過計算化學與生物化學相結(jié)合的策略，率先揭示了來源于嗜熱菌的AA9家族LPMO與纖維素的相互作用模式，發(fā)現(xiàn)該酶可以通過同時作用于兩條相鄰的多糖鏈，穩(wěn)定地結(jié)合在不可溶的多糖底物的疏水表面，并提出LPMO的區(qū)域選擇性與其底物結(jié)合位置相關(guān)。此外，研究團隊還建立了此酶促反應過程中過氧化氫的積累與底物結(jié)合之間的關(guān)系模型，進而證明了LPMO催化不可溶多糖的氧化過程主要是由過氧化氫驅(qū)動的。這些發(fā)現(xiàn)加深了人們對LPMO與纖維素底物互作機制的認識，為后續(xù)酶工程改造及有效利用纖維素等多糖資源提供了理論支持。
相關(guān)成果發(fā)表在《物理化學快報》（The Journal of Physical Chemistry Letters）上。該工作得到國家自然科學基金面上項目、中科院青年創(chuàng)新促進會項目、遼寧省“興遼英才”項目和大連化物所科研創(chuàng)新基金項目等資助。(文/圖 周海川)
