来源于嗜冷生物的低温酶是自然界中高度进化的酶类之一，在室温及以下温度通常比中温或嗜热同源酶具有更高的催化效率，但其对热敏感，易失去活性。因此，在保持其冷适应特性的同时，通过理性设计进一步提高其催化性能、扩大其温度适应范围具有重要意义。然而，揭示低温酶的温度适应性机制仍是酶学研究领域的重大挑战，基于机理开展低温酶的理性改造也尚无成功先例。

中国科学院天津工业生物技术研究所盛翔研究员带领的蛋白计算模拟与设计研究团队与瑞典乌普萨拉大学的Johan Åqvist教授团队合作，以一组序列高度同源、三维结构几乎一致的低温脂肪酶（pLipA）和中温脂肪酶（mLipA）为研究对象，采用经验价键理论/分子动力学（EVB/MD）模拟等计算模拟与实验验证相结合的方法，通过对不同温度下两种脂肪酶催化机理的深入研究，阐明了低温脂肪酶温度、能量与结构之间的关系，确定了活性中心氨基酸残基是pLipA实现冷适应的核心结构因素，并获得了在整个温度范围内的活性均提高的单点突变体mLipA-I12M。通过采用在高温下破坏低温脂肪酶非活性状态的构象稳定性的策略，即通过构建活性中心远端残基的离子相互作用，稳定了催化三联体具有催化活性的构象，构建了pLipA的最适反应温度提高、活性增强的突变体3mut。该研究首次通过EVB/MD模拟揭示了低温脂肪酶的冷适应机制，指导开展了蛋白的理性改造，实现了低温脂肪酶及中温脂肪酶在宽温域高活性的高效创制，为其他低温酶的理性设计提供了理论指导。

该工作得到了国家重点研发计划、合成生物学海河实验室和瑞典研究委员会等项目的支持。相关成果发表于ACS Catalysis期刊，天津工业生物技术研究所博士研究生于珊珊为论文共同第一作者，盛翔研究员为共同通讯作者。

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脂肪酶突变体的理性改造