研究增強了羧肽酶 A 的熱穩定性以實現更廣泛的工業應用

一個研究小組透過二硫鍵的創新使用，成功提高了羧肽酶 A (CPA) 的熱穩定性，羧肽酶 A 是一種在食品和製藥行業具有巨大潛力的關鍵酶。這項進展有望擴大該酵素在需要高溫條件的製程中的用途，例如降解赭麴毒素 A (OTA) 和降低食品中勝肽的苦味。

羧肽酶 A (CPA) 廣泛應用於食品和因其能夠將有毒的赭麴毒素 A (OTA) 水解成無毒化合物，並在食品加工過程中去除勝肽中的苦味。然而，CPA 的天然中溫性質限制了其在較高溫度下的功能，從而限制了其在高溫常見的工業環境中的應用。

酵素的熱穩定性對於延長操作溫度、提高效率和降低生產成本至關重要。前期努力加強熱穩定性已經表明蛋白質工程，特別是引入，可以顯著穩定工業用酵素。

這學習發表於食品創新與進步2024 年 6 月 25 日，標誌著酵素工程領域的重大飛躍。

研究採用合理的設計策略，透過引入二硫鍵來增強羧肽酶A（CPA）的熱穩定性。首先，使用表徵蛋白質熱運動的 B 因子分析和反映局部構象靈活性的 RMSF 值來識別 CPA 的柔性區域。

透過對這些數據的綜合分析，選擇了 CPA 的 10 個高度靈活的區域作為透過二硫鍵進行剛性化的目標。 DbD和MODIP程式預測了引入二硫鍵的潛在殘基對，經過保守性分析，選擇了兩個突變體D93C/F96C和K153C/S251C。

使用SWISS-MODEL建立突變體的同源模型，並透過MD模擬評估其構象穩定性。結果表明，兩種突變體均表現出較低的 RMSD 值，表明與野生型 (WT) CPA 相比，熱穩定性增強。

研究表明，突變體表現出更高的最佳工作溫度（比野生型高 10°C），並在 65°C 下長時間保持活性。此外，突變體的半失活溫度（T5015）分別提高了8.5°C和11.4°C，進一步證明了其耐熱性的提高。

雖然 D93C/F96C 突變體表現出改善和熱穩定性方面，由於穩定性和催化效率之間的權衡，K153C/S251C 的活性略有下降。結構分析表明，二硫鍵的引入增加了α-螺旋含量，表面電荷重新分佈有助於增強突變體的穩定性。

該研究的高級研究員梁志宏博士表示：「增強CPA 的熱穩定性為其在食品和製藥行業中的應用開闢了許多機會。透過引入二硫鍵，我們能夠顯著提高CPA 的耐高溫性能，而不會影響其性能。

這一透過引入二硫鍵增強 CPA 熱穩定性的突破標誌著酵素工程的重大飛躍。該研究不僅提供了對CPA分子機制的深入了解，還為其在工業應用，特別是在高溫環境下的更廣泛應用奠定了基礎。隨著產業朝著更有效率、更永續的流程發展，CPA 等耐熱酶將成為創新的關鍵驅動力。

由 TransSpread 提供