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天津工生所壳聚糖酶酶解机制研究取得新进展

天津工生所壳聚糖酶酶解机制研究取得新进展

  壳寡糖是壳聚糖经降解处理后得到的一种聚合度为2-20的氨基寡糖产品,具有水溶性幸运28好、易吸收等优点,为目前所知的唯一碱性寡糖,具有抗肿瘤、抗菌、免疫激活以及保湿等特点,在医药领域具有广泛的应用前景。壳聚糖酶(chitosanase, EC 3.2.1.132)能特异性催化壳聚糖水解产生壳寡糖,催化条件温和,并具有较高的催化速率,有利于实现壳寡糖的绿色工业化生产。壳聚糖酶属于多个糖苷水解酶家族,其中以GH-46家族的壳聚糖酶的研究最为详细,而对其他家族的壳聚糖酶了解甚少。GH-8家族壳聚糖酶与GH-46家族壳聚糖酶拥有类似的底物催化机制,但二者的晶体结构有明显的不同,且来源于不同的进化途径。

  中国科学院天津工业生物技术研究所研究员宋江宁带领的结构生物信息学与整合系统生物学研究组针对GH-8家族的壳聚糖酶的底物识别进行了一系列深入研究。该研究从壳聚糖酶的晶体结构入手,对其底物识别中心的关键氨基酸残基进行鉴定,并通过序列对比发现第318Asp氨基酸高度保守;将Asp318进行定点突变为AsnAlaGluArgLys后,发现除D318N突变体外,其他的酶突变体活性均有明显丧失。进一步的酶动力学分析发现,突变体对底物的亲和性明显降低。分子内相互作用分析表明,Asp318通过与Tyr273幸运28之间的氢键间接作用于底物,除了D318N突变体外,其他突变体都丢失了与Tyr273发生相互作用的氢键,从而影响了底物与酶的有效结合。该研究加深了对GH-8家族壳聚糖酶酶解机制的了解,为壳聚糖酶的分子改造及工业化应用奠定了基础。

  该研究得到中科院“百人计划”(择优)、中科院知识创新工程项目(KSCX2-EW-G-8)和天津市重大科技攻关项目(10ZCKFSY05600)的资助。研究结果发表在Applied 幸运28 Biochemistry and Biotechnology上,天津工生所助理研究员周站平为论文第一作者。

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Asp318及其突变体与周围氨基酸之间的相互作用