《極端微生物纖維素酶TmCel12A耐超高溫特性機理研究》是依託復旦大學，由連鵬擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：極端微生物纖維素酶TmCel12A耐超高溫特性機理研究
- 依託單位：復旦大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：連鵬
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
纖維素酶能將纖維素水解成葡萄糖，在生物質能源的開發利用中具有巨大的套用潛力。然而它催化效率低、熱穩定性差等缺點成為制約其套用的瓶頸。在能源危機日益嚴重的今天，改良纖維素酶催化活性、提高其熱穩定性的研究受到廣泛關注。最近，具有85°C最適反應溫度的纖維素酶TmCel12A晶體結構的獲得和具有進一步提高其耐超高溫特性的Y61G突變體的發現為研究TmCel12A耐超高溫特性的機理提供了可靠的實驗基礎。本項目擬以此為突破口，在前期工作基礎上，利用理論與實驗相結合的方法綜合運用分子動力學模擬、量子力學-分子力學多尺度模型、自由能計算以及酶活性測定、酶反應動力學參數測定等方法，從酶自身熱穩定性、酶-底物複合體熱穩定性、複合體形成和產物釋放、以及熱穩定性與催化活性相關性等四個方面全方位研究TmCel12A耐超高溫特性的機理，為設計改良其它纖維素酶及類似水解酶提供可靠的理論基礎，推動生物質能源的開發利用。
結題摘要
本項目按計畫任務書，針對纖維素酶TmCel12A耐超高溫的特性，設計了一系列的理論計算實驗，較好的完成了計畫任務，取得的主要研究結果如下：1.首次發現了纖維素酶TmCel12A空酶在高溫情況下形成以Y61和W176為核心的穩定的疏水中心的現象，以此為出發點，通過一系列模擬計算和分析解釋了Y61在調節纖維素酶TmCel12A催化活性和耐超高溫特性中的作用機理；2.提出了功能獲得型突變Y61G通過改變纖維素酶TmCel12A內部胺基酸動態相關性網路結構，增加胺基酸之間長程相互作用，增強纖維素酶TmCel12A柔性從而提高了其高溫穩定性的機制；3.發現了 Y61G突變消除了纖維素酶TmCel12A通過Y61側鏈與底物+2位葡萄糖之間的π-π相互作用，改變了反應產物從酶活性口袋中的釋放的過程，從而提高了纖維素酶TmCel12A在高溫環境中的催化速率；4. 對5-HT1A受體激動劑的計算機輔助藥物設計中，首次提出了藥物分子在結合口袋中的多態性，驗證並利用該特性設計了一系列具有較高活性和選擇性的潛在5-HT1A受體激動劑分子。本研究中對纖維素酶TmCel12A耐超高溫機理的發現對於改造已有纖維素酶提高其熱穩定性從而推動我國清潔能源的開發利用具有重要的參考套用價值。
