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为了让啤酒“更好喝”,科学家研究了一种“变态”耐热酶

时间:2019-09-26     【转载】   阅读

日前,中国科学院青岛生物能源与过程研究所微生物资源团队李福利研究员与代谢物组学团队冯银刚研究员、仿真模拟团队姚礼山研究员以及清华大学王新泉教授合作,从极端嗜热微生物中发现了一种新型的β-葡聚糖酶。它能够特异性降解β-葡聚糖。最重要的是,新发现的酶最适温度高达80℃!而且在70℃作用1天,酶活力仍能保留一半。这些性能让它展现出了极高的工业应用价值。

要想知道新筛选的酶为什么能够特异性降解β-葡聚糖,就要从多糖开始讲起。自然界中存在丰富多样的多糖,比如淀粉、纤维素、β-葡聚糖等等。微生物要想吃掉这些多糖,首先需要生产出能够切断这些多糖的酶。因此,为了生存,微生物就必须进化出能够高效利用这些多糖的酶。

本研究中,新筛选的酶既能够切断β-葡聚糖中的β-1,3连键,也能切断β-1,4连键,而传统的β-葡聚糖酶只能切断β-葡聚糖中的β-1,4连键。那么,该酶是怎么分辨出哪个是β-葡聚糖,而哪个又是纤维素或者淀粉呢?大自然总是到处存在着神奇,新筛选的酶进化出了一个特殊的口袋状的凹槽,科学家也将其称为底物结合口袋。

这个口袋与传统的酶有很大的差异,新型β-葡聚糖酶的底物结合口袋有一个急剧的弯角,这正好能够容纳同样具有弯曲构象的β-葡聚糖底物,从而发挥最佳的降解功能。就像过山车一样,底物β-葡聚糖是一个弯曲的轨道,新筛选的酶就正好是能够卡在这个轨道上运行的火车。如果把新型β-葡聚糖酶比作火车,那么在该酶底物结合口袋里面的盐键,就像是固定火车车轮的轴,保证酶在高温环境中不变形。


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科学家们揭示了微生物进化过程中,酶蛋白为了利用多种多样的植物细胞壁多糖,从而进化出特异而精巧的活性反应中心,完成降解利用多糖的使命。新型β-葡聚糖酶可以在工业环境中顺利行走在β-葡聚糖底物上,而且,还一边走一边将β-葡聚糖切断成可溶性更好的低聚糖,从而降低麦芽汁或动物肠道内食糜的粘度。同时,这列火车的“轮轴”能够保证该酶在70-80℃的环境中不会散架。该结果对工业生产中所需要的β-葡聚糖酶的筛选及改造提供了指导,比如,也给怕热的酶装上“轮轴”。

该工作已在线发表于经典的生物化学杂志 Biochemical Journal,本研究获得了科技部973计划、国家自然科学基金、山东省自然科学杰出青年基金、山东省重点研发计划等支持。



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