近日，江南大学生物工程学院酿造微生物学与应用酶学研究室徐岩、喻晓蔚教授团队在脂肪酶前肽研究取得重要进展，研究成果“Propeptide in Rhizopus chinensis lipase: new insights into its mechanism of activity and substrate selectivityby computational design”封面发表于农林科学领域Top期刊Journal of Agricultural and Food Chemistry(IF=4.192）。
(https://doi.org/10.1021/acs.jafc.1c0072)
脂肪酶（EC 3.1.1.3）对酯键具有良好的水解与合成活性，被广泛应用于食品、制药、洗涤剂和生物能源相关行业。其中，真菌脂肪酶由于其高稳定性和广泛的底物特异性具有明显的优势。在大多数真菌脂肪酶结构内都具有一段前肽结构域，这对脂肪酶的分泌、催化效率及底物选择性都非常重要。
本研究以华根霉脂肪酶（Rhizopus chinensislipase, RCL）为研究模型，利用元动力学（Metadynamics）模拟、经典分子动力学模拟以及定点突变相结合的方法，深入讨论脂肪酶前肽结构域影响其功能及底物选择性的作用机制。
计算结果表明，前肽结构域对RCL盖子的运动存在明显的抑制，通过动态互相关分析以及独立梯度模型分析，在前导肽上发现了抑制作用的关键区域（Val5-Thr10），并在该片段进行理性设计及酶促反应动力学测定。最优脂肪酶突变体的催化效率较野生型提升了7倍，并同时显示出前肽结构域改变脂肪酶底物链长选择性的能力。经过底物拓展后发现该调控能力同时体现在甘油三酯类的其他底物中。
图1.独立梯度模型分析华根霉脂肪酶前肽与盖子在pNPb（A）与pNPp（B）底物体系中的相互作用
本研究通过计算机模拟与定点突变相互结合的方法揭示了前肽关键区域对脂肪酶催化效率提升和底物特异性的可控改变的重要作用，也为同样具有前导肽类似结构域的工业酶的设计及改造提供了理论依据。
喻晓蔚教授为该论文的通讯作者，博士研究生王上为该论文的第一作者。上述研究工作得到了国家自然科学基金项目（32072162）、轻工技术与工程国家双一流学科建设项目（LITE2018-09）的资助。
作者简介
徐岩教授
徐岩，教授，博士导 师，江南大学副校长，美国化 学学会(ACS)农业与食品化学部Fellow、教育部同等级人才计划创新团队的发展计划团队带头人、首批教育部新世纪优秀人才、全国优秀教师、享受国务院政府特殊津贴。
徐岩教授主要从事酿造科学与工业酶学领域科学研究，通过在酿造发酵过程中群体微生物结构与功能、微生物及其代谢机理、微生物新酶及其分子改造等研究工作，从基因组学、蛋白组学和代谢组学的水平上，解析微生物发酵机制、探索微生物酶蛋白的结构与催化功能的相互关系，提升和改造传统发酵工艺，采用发酵技术和酶技术发掘和延展新的生物制造过程，满足工业生物制造的需求。
徐岩教授先后主持国家十三五重点研发计划项目、“973计划”、“863 计划”、国家科技支撑计划、国家自然科学基金（重点项目）等国家级重大科研项目18 项。发表高水平SCI论文270余篇（TOP级期刊论文82 篇），申请国家发明专利150余项（其中国际专利11 项），授权90余项（其中国际专利9 项）。在传统发酵工程领域，针对中国传统酿造等相关产业的技术水平，形成的风味导向学术思想，成果辐射全国，推动了产业的改造。在包括茅台、五粮液、洋河等40余家全国知名白酒企业实现科技成果转化。在食品生物技术领域，开发的高效安全焙烤专用脂肪酶打破国际垄断，实现在3家企业产业化规模发酵制备与应用效果显著。研究成果以第一完成人荣获国家技术发明二等奖，中国专利银奖、中国轻工业联合会技术进步奖一等奖，中国商业联合会科学技术奖特等奖等国家级及省部级奖励13 项。
徐岩 教 授目前担任江南大学酿酒科学与酶技术中心主任、中国酒业协会副理事长，中国酿酒工业协会白酒技术委员会副主任，中国蒸馏酒产业技术创新战略委员会理事长。 担任Systems Microbiology and Biomanufacturing 期刊主编，Bioresouce and Bioprocess、微生物学报、食品生物技术等多本学术期刊编委。
喻晓蔚教授
喻晓蔚，教授，博士生导师，长期致力于新型工业用酶的发掘与改造、高效表达及构效机理研究，通过定向分子改造、半理性设计、理性设计技术及高通量筛选模型进一步提高酶生物催化的工业适应性，获得应用于生物加工过程中高效、稳定的生物催化剂酶；并对其酶学催化特性、表达调控机制、蛋白质结构与催化功能进行分子机理研究，为进一步创制新型工业用酶建立理论基础；并将开发新酶应用于食品、饲料等制造业的绿色清洁生产。承担和参与国家重点基础研究发展计划（973计划）项目、国家高技术研究发展计划（863计划）项目、国家自然科学基金项目等十多项国家和省部级课题。研究成果在 J Agric Food Chem、J Lipid Res、Prog Lipid Res、Biotechnol Biofuels、Food Chem 等国内外酶工程领域有影响力的学术刊物发表论文60余篇，其中SCI收录论文40余篇；授权国际发明专利3 项，授权中国发明专利18 项；研究成果通过教育部组织鉴定（鉴字[教TP2010]第001号、鉴字[教BP2012]第010号），达到国际领先水平，获得2010年教育部科技进步奖一等奖、2011年中国产学研促进会创新成果奖、2011年获轻工业联合会科技进步奖一等奖、2015年获无锡市专利奖金奖2017年中国石油和化学工业联合会技术发明奖一等奖等；获得江苏省“六大人才高峰”高层次人才荣誉称号。
编辑：张睿梅
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