C端替换提高酚酸脱羧酶BJ6PAD的底物催化活性及其分子动力学模拟

作     者：陈阴竹 李琴 胡凯弟 李建龙 赵宁 苟良逊 刘书亮 

作者机构：四川农业大学食品学院 

出 版 物：《食品科学》 (Food Science)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：0832[工学-食品科学与工程（可授工学、农学学位）] 08[工学] 083201[工学-食品科学] 

基　　金：国家自然科学基金(31901634) 四川省科技厅项目(2022NSFSC1739) 

主　　题：酚酸脱羧酶 C端替换 酶学性质 分子对接 分子动力学模拟 

摘      要：酚酸脱羧酶作为一种生物催化剂，利用该酶的脱羧反应制备4-乙烯基衍生物具有诸多优势和良好的发展前景。采用酶蛋白序列C端替换方式改造Bacillus subtilis J6酚酸脱羧酶，以期获得催化能力更强的突变体，并利用同源建模、分子对接和分子动力学模拟分析酶与底物间的相互作用。结果表明C端替换会影响酶的底物亲和力和催化效率，所构建的突变体BJ6PAD-C1和BJ6PAD-C2对大部分底物酚酸的催化活性有明显提高，尤其是咖啡酸，较原酶相比提高了20%以上；且两个突变酶对阿魏酸、咖啡酸和芥子酸的亲和力增强，其中，BJ6PAD-C1对这三种酚酸的催化效率分别增加了4%、24%、145%，BJ6PAD-C2的催化效率分别增加了7%、37%、114%。最后通过分子对接对底物结合关键位点进行了预测，发现C端替换会影响底物结合腔中关键氨基酸残基间的相互作用，并利用分子动力学模拟计算从蛋白质结构和能量差异方面确定了影响酶催化性能的原因，即突变可能会扩宽蛋白质的入口通道，使得配体可以更容易进入底物结合袋发生反应；同时，酶结构的改变可能会造成底物“脱靶，从而降低其催化活性。本研究不仅一定程度上丰富了酚酸脱羧酶资源，而且也为酚酸脱羧酶结构与功能的研究提供了新思路。