理性设计提高酯合成催化反应脂肪酶的热稳定性

【背景】南极假丝酵母脂肪酶B (Candida antarctica lipase B,CALB)具有优异的酯合成活性,是在非水相催化中应用极为广泛的工业用酶。【目的】在保留CALB优秀催化性能的基础上,提高CALB的热稳定性。【方法】采用预测软件PoPMuSiC和FoldX计算CALB潜在热稳定性突变位点,并根据氨基酸残基的空间位置进一步筛选。利用重叠延伸PCR技术在基因calb中引入10个单点突变,于毕赤酵母GS115中表达。【结果】点突变A146G、A151P、L278M均能有效提高CALB的热稳定性。在单点突变的基础上,组合突变体A146G-L278M和A146G-L278M-A151P的热稳定性得到进一步提高。与野生型相比,突变体A146G-L278M和A146G-L278M-A151P的最适反应温度均提高了5°C,T_m值分别提高了3.3°C和4.2°C。此外,合成己酸乙酯的酶促反应动力学分析表明,相比于野生型,突变体A146G-L278M和A146G-L278M-A151P对己酸和乙醇均具有更高的亲和力,且对己酸的催化效率k_(catA)/K_(m A)是野生型的4.1倍。通过分子动力学模拟,从分子水平阐明了突变体A146G-L278M和A146G-L278M-A151P热稳定性提高的机制。【结论】本研究采用的理性设计策略对提高CALB的热稳定性是行之有效的,该策略可作为其他工业用酶提高热稳定性的参考。