一個研究小組通過創(chuàng)新地使用二硫鍵，成功地增強(qiáng)了羧基肽酶A (CPA)的熱穩(wěn)定性，這是一種在食品和制藥工業(yè)中具有巨大潛力的關(guān)鍵酶。這一進(jìn)展有望擴(kuò)大該酶在高溫條件下的應(yīng)用，如降解赭曲霉毒素A (OTA)和減少食物中肽的苦味。

羧基肽酶A (CPA)具有水解有毒赭曲霉毒素A (OTA)為無毒化合物和去除食品加工中多肽苦味的能力，在食品和制藥工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。然而，CPA天然的中溫性限制了它在高溫下的功能，限制了它在高溫環(huán)境中的應(yīng)用。

酶的熱穩(wěn)定性對于延長操作溫度、提高效率和降低生產(chǎn)成本至關(guān)重要。以前提高酶熱穩(wěn)定性的努力已經(jīng)表明，蛋白質(zhì)工程，特別是引入二硫鍵，可以顯著地穩(wěn)定酶的工業(yè)用途。

這項研究發(fā)表在2024年6月25日的《食品創(chuàng)新與進(jìn)步》雜志上，標(biāo)志著酶工程的重大飛躍。

本研究采用合理的設(shè)計策略，通過引入二硫鍵來提高羧基肽酶a (CPA)的熱穩(wěn)定性。首先，利用表征蛋白質(zhì)熱運(yùn)動的b因子分析和反映局部構(gòu)象靈活性的RMSF值，確定了CPA的柔性區(qū)域。

通過對這些數(shù)據(jù)的綜合分析，我們選擇了CPA的10個高柔性區(qū)域作為二硫鍵固化的目標(biāo)。DbD和MODIP程序預(yù)測了引入二硫鍵的潛在殘基對，經(jīng)過保守性分析，選擇了兩個突變體D93C/F96C和K153C/S251C。

利用SWISS-MODEL建立了突變體的同源性模型，并通過MD模擬評估了它們的構(gòu)象穩(wěn)定性。結(jié)果表明，兩種突變體均表現(xiàn)出較低的RMSD值，表明與野生型(WT) CPA相比，熱穩(wěn)定性增強(qiáng)。

研究表明，突變體表現(xiàn)出更高的最佳操作溫度-比野生型高10°C -并在65°C下保持更長時間的活性。此外，突變體的半失活溫度(T5015)分別提高了8.5°C和11.4°C，進(jìn)一步證明了其耐熱性的提高。

D93C/F96C突變體表現(xiàn)出改善的酶活性和熱穩(wěn)定性，而K153C/S251C由于穩(wěn)定性和催化效率之間的權(quán)衡而表現(xiàn)出輕微的活性降低。結(jié)構(gòu)分析表明，二硫鍵的引入增加了α-螺旋的含量，表面電荷的重新分配有助于增強(qiáng)突變體的穩(wěn)定性。

該研究的高級研究員梁志宏博士表示:“提高CPA的熱穩(wěn)定性為其在食品和制藥行業(yè)的應(yīng)用開辟了許多機(jī)會。通過引入二硫鍵，我們已經(jīng)能夠在不影響其催化活性的情況下顯著提高CPA對高溫的耐受性，這是工業(yè)過程的一個關(guān)鍵進(jìn)步?！?/p>

這一突破通過引入二硫鍵來增強(qiáng)CPA的熱穩(wěn)定性，標(biāo)志著酶工程的重大飛躍。該研究不僅提供了對CPA分子機(jī)制的深入了解，而且為其在工業(yè)應(yīng)用中的廣泛應(yīng)用，特別是在高溫環(huán)境中的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。隨著行業(yè)向更高效和可持續(xù)的過程發(fā)展，像CPA這樣的耐熱酶將成為創(chuàng)新的關(guān)鍵驅(qū)動力。