酶"非专一性"及酶趋异进化研究

酶"非专一性"，即酶利用同一活性部位进行不同催化反应的特性，近年来引起学术界的高度重视；利用酶"非专一性"研究酶趋异进化、制备新功能酶已成为酶学研究的热点问题。来源于古菌Aeropyrum pernix K1的嗜热酰基氨肽水解酶apAPH属于α/β水解酶超家族中的丝氨酸蛋白酶家族，但它具有脂肪酶的motif，表现出复杂的底物谱和多功能性。本项目在获得该酶晶体结构和完成初步肽酶向酯酶转变的基础上，选定活性中心中重要的残基及区域，结合分子生物学和计算生物学技术构建突变体，揭示该酶底物"非特异性"的控制因素和作用机制，实现多功能酶的再进化，完成从野生型肽酶，到酯酶、脂肪酶、磷脂酶等酶功能的转换，进而丰富和发展酶"非专一性"理论和实践，并有可能为工业生产提供高活力、高稳定性的新酶源。

酶“非专一性”是指酶利用同一活性部位进行不同催化反应的特性，并与酶趋异进化密切相关。酶“非专一性”研究不仅可以揭示酶进化历程，还可以作为体外分子进化的起点，来创建新功能酶，如降解化学品的生物催化剂，甚至在合成生物学中所使用的新生物催化元件。. 来源于古菌Aeropyrum pernix K1的嗜热酰基氨肽水解酶apAPH属于α/β水解酶超家族中的丝氨酸蛋白酶家族，但它具有脂肪酶的motif，表现出复杂的底物谱和多功能性。本项目在获得该酶晶体结构和完成初步肽酶向酯酶转变的基础上，选定活性中心中重要的残基及区域，结合分子生物学和计算生物学技术设计和构建突变体，揭示该酶底物“非特异性”的控制因素和作用机制，实现多功能酶的再进化，完成从野生型肽酶，到酯酶、脂肪酶等酶功能的转换，丰富和发展酶“非专一性”理论和实践。本项目还对其它酶的“非专一性”进行了有益的探索，通过酶活性中心关键氨基酸、活性区域NC-loop及结构域互换等方法，对脂肪酶底物催化谱和催化活性等进行了改进，发现和鉴定了与催化及底物结合相关的残基及结构片段，揭示了酶趋异进化途径的多样性。. 本项目执行期间培养硕、博士研究生4名；发表研究论文8篇(其中SCI论文7篇)，申请专利2项，圆满地完成了项目预期目标。