加工所食品酶工程创新团队揭示双功能乙酰酯-木糖苷水解酶底物识别和催化机制

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在美国化学学会旗下催化领域顶级期刊《ACS Catalysis》在线发表了研究论文“Structural Insights into the Dual-Substrate Recognition and Catalytic Mechanisms of a Bifunctional Acetyl Ester-Xyloside Hydrolase from Caldicellulosiruptor lactoaceticus”，该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，并揭示了其如何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。

“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。CLH10兼备水解木聚糖主链和乙酰酯侧链的能力，具备“一酶多用”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在一级序列结构上包含离散交错的酯酶和糖苷酶保守序列片段；独特的序列折叠使CLH10在一个三级蛋白结构域上同时具备两个独立的可分别识别和催化乙酰酯和木糖苷类底物的功能区，最终实现其双催化功能；CLH10的双功能在催化行为上表现出了催化独立性，结构进化行为分析表明CLH10在保留酯酶保守催化功能的同时，在其Loop区域进化获得了木糖苷底物识别和催化区域。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机制，亦可为人工设计和定向进化酶的多种催化功能提供新的视角。

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（2017YFD0400204）、国家自然科学基金（31801475，31700701）和中国博士后基金（2018M630230）的资助。通讯作者为辛凤姣研究员和王凤忠研究员，共同第一作者为博士后曹浩、助理研究员孙丽超。

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