基于組合設(shè)計(jì)策略提高鹵醇脫鹵酶HheC降解2,3-DCP的活性.pdf

1、1,2,3-三氯丙烷(TCP)作為表氯醇工業(yè)生產(chǎn)中的主要副產(chǎn)物，已經(jīng)成為一種持久性的地下水污染物，對(duì)人體具有潛在致癌性，急需建立一種廉價(jià)高效的技術(shù)將TCP從污染源中清除。相比傳統(tǒng)的手段，生物降解環(huán)境污染物的方法更加環(huán)保高效，同時(shí)也能節(jié)約成本帶來更多的效益。鹵醇脫鹵酶（HHDHs）是一種能夠催化鹵代醇的碳-鹵鍵斷裂的裂解酶，因此可以降解環(huán)境中的TCP。同時(shí)，它們也可以在親核試劑存在的情況下催化逆向的環(huán)氧化物開環(huán)反應(yīng)，可以用來制備多種具有重

2、要應(yīng)用價(jià)值的手性鹵代醇、環(huán)氧化物和β-取代醇。改造鹵醇脫鹵酶的脫鹵活性和立體選擇性是本論文研究的兩個(gè)重要方面。
　　最新研究顯示，在生物降解1,2,3-三氯丙烷(TCP)的多酶體系中，HheC酶催化中間產(chǎn)物2,3-二氯-1-丙醇（2,3-DCP）發(fā)生脫鹵反應(yīng)的活性極低，嚴(yán)重制約了TCP的生物轉(zhuǎn)化。為此，本論文借助組合式改造策略來提高HheC酶對(duì)2,3-DCP的催化活性。首先運(yùn)用分子動(dòng)力學(xué)模擬獲得HheC在對(duì)2,3-DCP進(jìn)行脫鹵時(shí)

3、相關(guān)的氨基酸殘基信息，預(yù)測(cè)篩選出得到可能發(fā)揮作用的10個(gè)關(guān)鍵位點(diǎn)；然后借助半理性設(shè)計(jì)的策略，將這10個(gè)位點(diǎn)進(jìn)行合理組合構(gòu)建了6個(gè)飽和突變文庫(kù)；篩選約8200個(gè)克隆子后，最終獲得了30個(gè)針對(duì)底物2,3-DCP脫鹵活性提高的突變體，其中突變體P84A活性提高了21.8倍，F(xiàn)86I提高16.7倍，F(xiàn)12Q/F186L和W249P分別提高17.4倍和16.9倍。篩選得到對(duì)映體選擇性提高的突變體F86S/L142Y（由ER=7.6提高到ER＝20

4、0），W139A（由野生態(tài)的ER=7.6提高到ER=184），P84A也從ER=7.6提高到ER=72。
　　通過分子對(duì)接和MD分析進(jìn)一步探究上述突變體催化特性大幅改進(jìn)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。結(jié)果表明：P84、F86、F12、F186和W249這些位點(diǎn)對(duì)提高HheC降解2,3-DCP的活性至關(guān)重要，且這些位點(diǎn)突變?yōu)樾?cè)鏈氨基酸時(shí)活性更高；氨基酸P84，F(xiàn)86， L142，T134，N176和W139在調(diào)控HheC酶對(duì)底物的立體選擇性方面也起著