近日，中國農業科學院農產品加工研究所食品酶工程創新團隊研究發現了一種可以兼顧水解木聚糖主鏈（β-1,4-木糖苷鍵）和側鏈（乙酰酯鍵）的雙功能水解酶CLH10，并揭示了其以單一序列結構域識別兩種不同底物和催化兩種不同類型反應的分子機制。該研究系統地從酶的“序列-結構-功能”角度闡釋了一種新型水解酶的雙功能形成和催化機制，對新酶的篩選、人工設計和定向進化提供了全新視角。相關研究成果在線發表在美國化學會期刊《ACS Catalysis》上。
“綠色制造”是實現可持續發展的必經之路，也是我國的重大戰略需求。農產品在加工過程中產生了諸多共產物，如木聚糖等，由于其結構復雜而難以被有效利用，成為行業里一重大難題。木聚糖是一種重要的生物質資源，其梯次化利用是實現農產品加工共產物高值化利用的有效途徑。然而，由于其主鏈與側鏈交聯形成的網絡化結構，致使木聚糖需要復雜的多酶協同催化才可實現有效降解。
研究發現，CLH10同時擁有水解木聚糖主鏈和乙酰酯側鏈的能力，具備“一酶多用”的高效酶解木聚糖的應用潛力。通過晶體結構解析、生物信息學分析和酶促動力學研究發現，CLH10在一級結構上包含離散交錯的酯酶和糖苷酶保守序列片段，折疊后在三級結構上同時形成兩個功能區，可分別識別、催化乙酰酯和木糖苷類底物，最終實現雙催化功能，且兩種催化功能相互獨立、互不干擾。結構進化分析表明，CLH10是基于保守的酯酶結構進化而獲得了木糖苷底物的識別和催化功能。
該研究得到了中國農科院科技創新工程、國家重點研發計劃、國家自然科學基金和中國博士后基金的資助。（通訊員 杜坷）
原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.8b03383
