溫度是進化的重要驅動力之一。隨著溫度的升高，酶的催化活性會相應的提高，但與此同時，酶與底物之間的親和力會下降。因此，在高溫適應的過程中，只提高熱穩定性是不夠的，酶可能會遇到底物親和力太弱的問題。金屬離子能夠增強金屬酶的活性、穩定性和底物親和力，但是金屬離子螯合氨基酸在高溫適應性過程的作用尚不明確。近日，青島能源所微生物資源團隊針對多糖裂解酶高溫適應性的相關研究結果證明金屬離子螯合氨基酸在酶的高溫適應過程中提高底物親和力的功能，相關成果發表在FEBS Letter 雜志（DOI: 10.1002/1873-3468.12965）。

　　Defluviitalea phaphyphila是課題組從青島沿海沉積物中分離得到的一株嗜熱厭氧細菌，該菌株具有強大的多糖裂解酶體系，能夠直接轉化褐藻中的海藻酸鈉等多糖，產生乙醇。研究人員首先對來自D. phaphyphila 的其中一個鈣離子依賴型海藻酸鈉裂解酶 AlgAT0進行了詳細的酶學研究。研究表明，結合鈣離子時，AlgAT0最適溫度為75 ，半衰期長達4.5小時。而目前已有報道中，熱穩定性最好的海藻酸鈉裂解酶是來自 Nitratiruptor sp. SB115-2的裂解酶rNitAly，但它在67 下的半衰期只有30分鐘。

　　在此基礎上，課題組研究了鈣離子螯合氨基酸對AlgAT0高溫適應性的影響。蛋白序列對比發現，AlgAT0用一個天冬氨酸替換了第238位的谷氨酸（圖1）。既然天冬氨酸三個基團的解離常數都小于谷氨酸，所以研究人員大膽猜測，第238位的氨基酸替換很可能增強了酶對鈣離子的螯合力。通過等溫滴定量熱儀（ITC）的實驗，研究人員發現 AlgAT0對鈣離子的親和力確實強于突變體D238E。進一步的酶動力學研究發現，突變體D238E的底物親和力發生下降，最適溫度也相應的下降，但是熱穩定性卻變化不大。這表明AlgAT0通過第238位天冬氨酸對谷氨酸的替換來增強鈣離子親和力，并進一步的增強底物親和力，以此來適應高溫環境。該研究不僅從新的視角揭示了耐高溫酶的高溫適應性機制，還為耐高溫酶的定向改造提供了新思路。

　　上述研究獲得了國家自然科學基金、山東省自然科學杰出青年基金以及青島市基礎研究項目的支持。（文/圖 王兵 馬小清）