顆粒在線訊：酶作為生物催化劑，具有反應(yīng)條件溫和、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，但存在催化底物類型有限、立體/區(qū)域選擇性不高等缺點(diǎn)。對天然酶進(jìn)行設(shè)計(jì)改造，提升其工業(yè)應(yīng)用屬性，具有重要的基礎(chǔ)研究意義及應(yīng)用價(jià)值。近年來，定向進(jìn)化（directed evolution）已被證明是有效的酶改造手段。而定向進(jìn)化技術(shù)背后的科學(xué)規(guī)律仍有待進(jìn)一步探索。酶具有一定程度的可進(jìn)化能力（evolvability），可被人為進(jìn)化；不同類型酶的改造難度不一致，反映了酶的可進(jìn)化能力不同。如何精準(zhǔn)定位酶蛋白關(guān)鍵氨基酸殘基位點(diǎn)，通過位點(diǎn)突變解鎖其可進(jìn)化能力并賦予人工酶新穎的催化特性，尚缺乏有效的解決手段。

　　近日，中國科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所（國家合成生物技術(shù)創(chuàng)新中心）Reetz大師工作室研究員孫周通帶領(lǐng)的酶分子工程與工業(yè)生物催化研究團(tuán)隊(duì)，開發(fā)出基于脯氨酸誘導(dǎo)的酶蛋白設(shè)計(jì)改造新方法（Proline-induced Loop engineering Test，PiLoT）。為驗(yàn)證PiLoT方法的可行性及優(yōu)越性，研究選取醇脫氫酶TbSADH及其非天然潛手性酮底物為研究對象，PiLoT定位該酶遠(yuǎn)端位點(diǎn)的第84位脯氨酸殘基（P84）為改造熱點(diǎn)。計(jì)算機(jī)虛擬突變分析及后續(xù)迭代突變實(shí)驗(yàn)獲得了催化活性及立體選擇性均大幅提升的組合突變體P84S/I86L及ΔP84/A85G。吉布斯自由能的變化（ΔΔG）進(jìn)一步表明，突變體所增強(qiáng)的可進(jìn)化能力是以降低穩(wěn)定性的方式獲得。該研究計(jì)算解析了P84位點(diǎn)突變誘導(dǎo)的催化口袋重塑，以及相關(guān)突變體立體選擇性催化的分子機(jī)制。

　　該研究剖析酶的可進(jìn)化能力與穩(wěn)定性之間的關(guān)聯(lián)性，首次提出基于脯氨酸誘導(dǎo)的PiLoT方法，使改造熱點(diǎn)的選取不再局限于酶催化口袋，并將該方法應(yīng)用于醇脫氫酶的底物特異性及立體選擇性改造，獲得了可高效不對稱催化還原雙芳基潛手性酮底物的系列突變體。該研究為新型酶催化劑的設(shè)計(jì)開發(fā)提供了新工具。

　　相關(guān)結(jié)果在線發(fā)表在Angewandte Chemie International Edition上。研究工作得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等的資助。

PiLoT調(diào)控酶可進(jìn)化性及穩(wěn)定性示意圖