基于动态互相关性和折叠自由能变分析的谷氨酰胺转氨酶热稳定性改造

茂原链霉菌(Streptomyces mobaraensis)谷氨酰胺转氨酶(transglutaminase,TGase)能催化蛋白质交联,被广泛用于食品加工。前期研究构建了S.mobaraensis TGase耐热突变体FRAPD-TGm2,提高了其在高温条件下的应用性能。该研究基于动态互相关性鉴定得到热稳定性进一步提高的TGase突变体。首先,通过分子动力学模拟和动态互相关性分析确定了FRAPD-TGm2分子中与其底物口袋柔性区域具有动态互相关性的48个残基。其次,基于Rosetta Cartesian_ddg对上述残基进行虚拟饱和突变,对折叠自由能变化小于-1 kcal/mol的20个突变体进行表达、纯化和酶学性质表征。其中,突变体FRAPD-TGm2-Y34 W的60℃半衰期和65℃比酶活力分别达到100.5 min和134.2 U/mg,较FRAPD-TGm2提升89.1%和28.5%。此外,发现了远端位点His201和Asn32对FRAPD-TGm2比酶活力和热稳定性具有显著影响。结果表明,基于动态互相关性和折叠自由能变分析的酶分子改造能有效提高TGase的热稳定性。