加工所阐明双功能酶解木聚糖的分子机制

近日，中国农业科学院农产品加工研究所食品酶工程创新团队研究发现了一种可以兼顾水解木聚糖主链（β-1,4-木糖苷键）和侧链（乙酰酯键）的双功能水解酶CLH10，并揭示了其以单一序列结构域识别两种不同底物和催化两种不同类型反应的分子机制。该研究系统地从酶的“序列-结构-功能”角度阐释了一种新型水解酶的双功能形成和催化机制，对新酶的筛选、人工设计和定向进化提供了全新视角。相关研究成果在线发表在美国化学会期刊《ACS Catalysis》上。

“绿色制造”是实现可持续发展的必经之路，也是我国的重大战略需求。农产品在加工过程中产生了诸多共产物，如木聚糖等，由于其结构复杂而难以被有效利用，成为行业里一重大难题。木聚糖是一种重要的生物质资源，其梯次化利用是实现农产品加工共产物高值化利用的有效途径。然而，由于其主链与侧链交联形成的网络化结构，致使木聚糖需要复杂的多酶协同催化才可实现有效降解。

研究发现，CLH10同时拥有水解木聚糖主链和乙酰酯侧链的能力，具备“一酶多用”的高效酶解木聚糖的应用潜力。通过晶体结构解析、生物信息学分析和酶促动力学研究发现，CLH10在一级结构上包含离散交错的酯酶和糖苷酶保守序列片段，折叠后在三级结构上同时形成两个功能区，可分别识别、催化乙酰酯和木糖苷类底物，最终实现双催化功能，且两种催化功能相互独立、互不干扰。结构进化分析表明，CLH10是基于保守的酯酶结构进化而获得了木糖苷底物的识别和催化功能。

该研究得到了中国农科院科技创新工程、国家重点研发计划、国家自然科学基金和中国博士后基金的资助。（通讯员 杜坷）

原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.8b03383