Sequence- and structure-guided improvement of the catalytic performance of a GH11 family xylanase from Bacillus subtilis

枯草芽孢杆菌GH11家族木聚糖酶催化性能的序列和结构引导改进

来源：JBC

IF：5.2

摘要：木聚糖酶使木聚糖产生低聚木糖（XOS），因其在工业应用中的用途而受到越来越多的关注。之前，我们证明了枯草芽孢杆菌的GH11木聚糖酶XynLC9在消化玉米芯提取的木聚糖时形成的木糖和木三糖是主要产物，木糖的生成量可以忽略不计。在此，我们旨在通过蛋白质工程改善XynLC9的催化性能。基于XynLC9与里氏木霉木聚糖酶Xyn2和镰刀菌木聚糖酶Xyn11A的序列和结构比较，我们确定XynLC9中的N末端残基5-YWQN-8为工程热点，并对该序列进行位点饱和和反复突变。突变株W6F/Q7H和N8Y催化活性分别比XynLC9高8倍，两种突变体也更耐热。动力学测量表明，与野生型XynLC9相比，W6F/Q7H和N8Y具有较低的底物亲和力，但具有较高的转化率（kcat），从而提高了催化效率。此外，W6F/Q7H突变体显示从玉米芯提取的木聚糖中提取XOS的产量增加了160%。分子动力学模拟显示，W6F/Q7H和N8Y突变导致活性位点裂缝的体积和表面积增大，从而为底物进入和产物释放提供了更多空间，从而加速了酶的催化活性。本研究中采用的分子进化方法提供了一个序列库的设计，该库具有蛋白质突变体的功能多样性。