通过分子动力学模拟研究的Candida antarctica在有机溶剂中的B脂酶在不同水活动下的性能

科学领域:

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背景情况:

• 脂酶是重要的工业酶,特别是在低水环境中,用于制药和油化学应用.
• 有机溶剂中的酶活性对溶剂类型和水活性 (a_w) 非常敏感,需要预测模型.
• 目前对非水性介质中的脂酶行为的理解在很大程度上是经验性的,缺乏通用的预测框架.

研究的目的:

• 阐明水活动 (a_w) 对原生 *Candida antarctica* 脂酶B (CALB) 和其在hexane中的突变的特定活性的影响的分子机制.
• 根据分子动力学 (MD) 模拟,开发CALB在有机溶剂中的性能预测标准.
• 确定影响CALB稳定性和活动的关键结构因素,以应对变化的水含量.

主要方法:

• 采用分子动力学 (MD) 模拟来调查原生CALB和中两个突变变体.
• 分析了水活动 (a_w) 对酶稳定性的影响,活性部位附近的水集群形成,盖子构造和活性部位几何.
• 通过酶动力学实验验验证了模拟结果.

主要成果:

• 提出了CALB在有机介质中的表现的四个关键标准:酶稳定性,未被阻止的基质进入活性部位,开放的脂酶盖和保存的活性部位几何形状.
• 证明特定的突变可以抑制水集群的形成,增强CALB对_w波动的抵抗力.
• 模拟结果与实验酶动力学数据的相关性很好.

结论:

• 开发了用于预测CALB在有机溶剂中的性能的计算标准,适用于原生和突变形式.
• 可以使用突变策略来设计具有较强强度的脂质酶,以应对变化的水活动.
• 提出的 *in-silico* 选方法可以加速为工业应用优化脂酶变体的发现.