文献类型： 中文期刊

作者： 张经纬 ¹ ; 刘晓青 ² ; 田健 ¹ ; 罗会颖 ¹ ; 姚斌 ¹ ; 涂涛 ¹ ;

作者机构： 1.中国农业科学院北京畜牧兽医研究所畜禽营养与饲养全国重点实验室

2.中国农业科学院生物技术研究所

关键词： 木聚糖酶;晶体结构;热稳定性;理性设计

期刊名称： 微生物学通报

ISSN： 0253-2654

年卷期： 2023 年 012 期

页码： 5261-5274

收录情况： 北大核心 ; CSCD

摘要： 【背景】作为降解木聚糖的核心酶种，木聚糖酶可以有效促进木质纤维素的消化水解，在动物养殖领域应用广泛。来源于嗜热细菌贝斯其热解纤维素菌（Caldicellulosiruptorbescii）的GH10家族木聚糖酶Cb Xyn10C最适温度为85℃，在80℃条件下具有良好的热稳定性，具有饲料工业应用潜力。【目的】为满足饲料制粒尤其是水产饲料加工过程的工艺要求，进一步提高木聚糖酶Cb Xyn10C的热稳定性并阐明其耐热机理。【方法】以Cb Xyn10C晶体结构为基础，采用刚性氨基酸引入、疏水作用网络重排2种策略对其热稳定性进行理性设计，获得在100℃条件下比活提高的单点突变体后，通过有益突变位点叠加策略进一步提升酶的热稳定性，最后采用分子动力学模拟技术分析其热稳定性提高的分子机制。【结果】共获得了4个稳定性提高的单点突变体A45P、T69P、F309V和A325P，其中突变体A45P效果最优。随着在A45P基础上另外3个突变位点的叠加，酶的热稳定性在不损失酶活的前提下得到了逐步提升。获得的四点突变体A45P/F309V/A325P/T69P的耐热性最好，其最适反应温度和熔解温度Tm值较野生型分别提高了5℃和6.8℃。分子动力学模拟技术分析发现4个位点的突变引入了新的氢键作用力且优化了疏水作用网络，进而导致酶的结构构象更加稳定。【结论】本研究不仅提高了木聚糖酶在饲料工业中的应用价值，而且对基于酶蛋白结构的稳定性分子改造提供了理论支持。