美国化学会生物化学（Biochemistry）封面报道江南大学脂肪酶溶液构效关系及动力学研究
文图：喻晓蔚
在江苏省六大人才项目（NY-010），高端外国专家计划（GDT20153200044），和国家轻工技术与工程一流学科自主课题（LITE2018-09）资助下，江南大学生物工程学院酿造微生物学与应用酶学研究团队在脂肪酶前导肽的作用机理，以及脂肪酶在溶液中的构效关系和动力学方面的研究取得进展。相关研究成果以“Structural basis by which the N-terminal polypeptide segment ofRhizopus chinensislipase regulates its substrate binding affinity（DOI: 10.1021/acs.biochem.9b00462）”为题于2019年9月发表在美国化学会Biochemistry杂志，被选为当期封面文章。该研究由江南大学徐岩教授、喻晓蔚教授与Rutgers大学Gaetano T. Montelione教授合作发表，张萌博士为文章的第一作者。
根霉脂肪酶是一大类有广泛工业应用的脂肪酶，作为其关键结构域的前导肽，对脂肪酶活性、选择性等有重要影响，然而由于结晶困难，其结构一直未被解析，并且同源库小、结构信息缺乏，阻碍了对其理性设计的开展；此外，酶的催化过程作为一个动态变化的过程，其动态变化往往是催化功能的关键，尤其是脂肪酶的界面激活过程，往往与盖子构象相关联，由于实验手段的局限，脂肪酶盖子在溶液中的动态变化及其与界面反应的关联性，一直是酶工程研究者广泛关注的热点和难点问题。
本研究利用晶体衍射解析了带有前导肽的华根霉脂肪酶的晶体结构，并结合液体高频核磁共振技术，解析了前导肽的溶液结构，结果表明前导肽T4-A21号氨基酸残基“锚定”在活性中心上方区域、与主体蛋白之间存在相互作用，并且脂肪酶盖子在溶液中处于闭合状态；进一步分析发现前导肽、盖子及主体蛋白之间形成了盐桥、氢键及疏水相互作用力等，可能对活性中心的化学环境产生影响，稳定盖子结构，从而在低底物浓度时，带有前导肽的脂肪酶与底物结合的亲和力低，而在底物浓度超过临界胶团浓度后，前导肽解离，从而盖子打开，脂肪酶呈现出两阶段催化动力学；通过突变体的构建及动力学曲线测定，验证了这些关键位点对脂肪酶催化效率的影响。
研究填补了根霉属脂肪酶前导肽结构的空白，阐明了前导肽与盖子协同催化的机制。为同源性脂肪酶的理性设计及拓展脂肪酶工业应用提供了研究基础。
