保留型与反转型β-木糖苷酶活性位点的分子动力学模拟

木聚糖是潜在的重要可再生能源, 如何提高其降解效率已成为近年来的研究热点. β-木糖苷酶是木聚糖降解过程中的关键酶之一, 按其水解机制可分为保留型与反转型酶. 目前虽然对于这两种催化机制的研究不断深入, 但很少有工作从溶液环境的角度出发探究它们的差异. 本文采用分子动力学模拟方法, 对4 个典型的β-木糖苷酶进行了显式溶剂模拟研究, 详细分析了酶的催化氨基酸间的距离和质子供体氨基酸pK_a值的动态变化. 结果显示, 反转型酶催化氨基酸间的距离约为0.8-1.0 nm, 大于保留型的0.5-0.6 nm, 与先前对糖苷酶晶体结构的统计分析结果一致. 令人意外的是, 保留型酶的质子供体通过与其附近组氨酸的相互作用, 其pK_a在两个不同的高、低值之间交替变换, 使保留型酶的双取代反应得以发生; 而反转型酶的质子供体则由附近的天冬氨酸调节, 其pK_a稳定在某个较高值, 这可能有利于其在反应pH值下获得水溶液中的氢离子, 进行反转型酶特有的单取代反应. 因此, 本工作加深了人们对β-木糖苷酶保留型与反转型水解机制的认识, 并为后续酶的理性改造与高效利用提供具有指导价值的结构与机理信息.