Lysine Mutation of the Claw-Arm-Like Loop Accelerates Catalysis by Cellobiohydrolases

爪臂状环的赖氨酸突变加速纤维二糖水解酶的催化作用

来源：J. Am. Chem. Soc.

影响因子：15.729

摘要：

为了寻找可行的策略来加速糖苷水解酶第7家族（GH7）纤维二糖水解酶I（CBHI）（主要的纤维素降解酶）的催化周期，我们对GH7 CBHI进行了总共12-μs的分子动力学模拟，这使我们认识到一种新的纤维二糖排出机制，即“爪臂”动作。产物结合位点两侧的环区起着向纤维二糖延伸的柔性“臂”的作用，该环上的残基Thr389充当捕获纤维二糖的“爪”。残基Thr389的五个突变被认为可以增强环-纤维二糖的相互作用。其中发现赖氨酸突变体显着加速纤维二糖排出并促进多糖链的移动。与Talaromyces emersonii CBHI（Te）中Thr393的赖氨酸突变（TeCel7A）的表现相似。赖氨酸接近催化区域并稳定了米氏配合物，可能影响催化循环的限速步骤——糖基化。QM / MM计算表明，赖氨酸置换将质子转移的能障（糖基化的关键步骤）降低了2.3 kcal / mol。使用Te Cel7A 的全长野生型（WT）及其突变体在巴斯德毕赤酵母中重组表达进行实验验证。与野生型相比，赖氨酸突变体显示出更高的酶促反应速率。此外，由于赖氨酸突变，纤维二糖的产量也增加了，这表明加速了酶从纤维素上的解离，这在很大程度上是由于“臂”的灵活性增强了。设想本工作有助于改善酶活性设计策略，同时降低酶成本。