Asp318及其突變體與周圍氨基酸之間的相互作用

殼寡糖是殼聚糖經(jīng)降解處理后得到的一種聚合度為2-20的氨基寡糖產(chǎn)品，具有水溶性好、易吸收等優(yōu)點，為目前所知的唯一堿性寡糖，具有抗腫瘤、抗菌、免疫激活以及保濕等特點，在醫(yī)藥領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。殼聚糖酶（chitosanase, EC 3.2.1.132）能特異性催化殼聚糖水解產(chǎn)生殼寡糖，催化條件溫和，并具有較高的催化速率，有利于實現(xiàn)殼寡糖的綠色工業(yè)化生產(chǎn)。殼聚糖酶屬于多個糖苷水解酶家族，其中以GH-46家族的殼聚糖酶的研究最為詳細(xì)，而對其他家族的殼聚糖酶了解甚少。GH-8家族殼聚糖酶與GH-46家族殼聚糖酶擁有類似的底物催化機(jī)制，但二者的晶體結(jié)構(gòu)有明顯的不同，且來源于不同的進(jìn)化途徑。

中國科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所研究員宋江寧帶領(lǐng)的結(jié)構(gòu)生物信息學(xué)與整合系統(tǒng)生物學(xué)研究組針對GH-8家族的殼聚糖酶的底物識別進(jìn)行了一系列深入研究。該研究從殼聚糖酶的晶體結(jié)構(gòu)入手，對其底物識別中心的關(guān)鍵氨基酸殘基進(jìn)行鑒定，并通過序列對比發(fā)現(xiàn)第318位Asp氨基酸高度保守；將Asp318進(jìn)行定點突變?yōu)?/span>Asn，Ala，Glu，Arg或Lys后，發(fā)現(xiàn)除D318N突變體外，其他的酶突變體活性均有明顯喪失。進(jìn)一步的酶動力學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，突變體對底物的親和性明顯降低。分子內(nèi)相互作用分析表明，Asp318通過與Tyr273之間的氫鍵間接作用于底物，除了D318N突變體外，其他突變體都丟失了與Tyr273發(fā)生相互作用的氫鍵，從而影響了底物與酶的有效結(jié)合。該研究加深了對GH-8家族殼聚糖酶酶解機(jī)制的了解，為殼聚糖酶的分子改造及工業(yè)化應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

該研究得到中科院“百人計劃”（擇優(yōu)）、中科院知識創(chuàng)新工程項目（KSCX2-EW-G-8）和天津市重大科技攻關(guān)項目（10ZCKFSY05600）的資助。研究結(jié)果發(fā)表在Applied Biochemistry ａnd Biotechnology上，天津工生所助理研究員周站平為論文第一作者。