Creatinase: Using Increased Entropy to Improve the Activity and Thermostability
利用熵增提高肌酸酶活性和热稳定性

来源：JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY B

IF：3.3

摘要：在基于诱变的酶工程中，通过突变增强残基间相互作用以提高解折叠的焓值来提高蛋白质的热稳定性，但这种方法可能会因生物分子的结构灵活性丧失而牺牲功能活性。在这里，通过进行X射线晶体学、酶动力学实验、中子散射和热力学测量，我们比较了野生型肌酸酶及其四点突变体的结构、催化行为、动力学和热稳定性。我们发现，与野生型相比，突变体是一种熵驱动的热稳定蛋白质，在折叠状态下具有更高的结构灵活性，即更高的构象熵。突变体在折叠状态下构象熵的增加可以减少解折叠过程中的熵增，从而使其具有更高的热稳定性。此外，结构灵活性的增加，特别是在催化位点周围，可以拓宽突变体的工作温度范围，并显著提高其在环境条件下的活性，这对它在诊断肾脏疾病中的应用至关重要。互补的全原子分子动力学模拟表明，这四个突变体用弱疏水相互作用取代了几个强残基相互作用（静电相互作用和氢键）。这些替代不仅释放了结构灵活性，促进了蛋白质的热稳定性和酶活性，而且还保护了蛋白质结构免于崩溃。我们的发现可能为熵驱动策略设计具有高热稳定性和活性的蛋白质铺平了道路。