Die Enzymhydratation bestimmt die Resistenz in organischen Co-Lösungsmitteln

04.01.2021
  Haiyang "Ocean" Cui Urheberrecht: BIO VI

Cui, H., Zhang, L., Eltoukhy, L., Jiang, Q., Korkunç, S. K., Jaeger, K. E., Schwaneberg, U., Davari, M. D. ACS Catalysis, 2020. 10, 14847-14856.

Erhöhte Hydratation der Enzymoberfläche ist der vorherrschende Faktor für die verbesserte Enzymbeständigkeit in organischen Co-Lösungsmitteln

Organische Lösungsmittel (OS) sind in der Biokatalyse beliebt, da sie zahlreiche Vorteile bieten, wie z. B. eine erhöhte Löslichkeit von Substraten/Produkten oder die Unterdrückung von unerwünschten Nebenreaktionen. Die Verwendung von Enzymen in OS führt jedoch häufig zur Deaktivierung von Enzymen oder zu einem dramatischen Abfall der katalytischen Aktivität. Basierend auf molekulardynamischen Simulation von 32 resistenten und nicht resistenten Bacillus subtilis-Lipase A (BSLA)-Varianten (Wildtyp, Einzel- und Mehrfachsubstitutionen) gegenüber einem organischen Co-Lösungsmittel (12% (v/v) TFE), haben wir in dieser Studie ein umfassendes Verständnis der Wechselwirkungen zwischen Enzymen und OS entwickelt. Eine detaillierte Analyse der Verteilung der Substitutionen ergab, dass eine erhöhte Hydratation der Enzymoberfläche der Hauptfaktor für die Verbesserung der OS-Resistenz ist. Darüber hinaus zeigte die iterative Rekombination von vier Oberflächensubstitutionen, dass das Ausmaß der Hydratation in BSLA-Varianten stark mit seiner OS-Resistenz korreliert ( = 0,91). Bemerkenswerterweise führte die Rekombination der Substitutionen zu einer hochresistenten BSLA-Variante (I12R / M137H / N166E) mit einer 7,8-fach verbesserten Resistenz in 12% (v/v) TFE, während die katalytische Aktivität im Vergleich zum Wildtyp beibehalten wurde (~92%). Unsere Ergebnisse bestätigen, dass die Stärkung der Proteinoberflächenhydratation durch Oberflächenladungstechnik eine effektive und effiziente rationale Strategie zur Anpassung der Enzymstabilität in organischen Lösungsmitteln ist.

Haiyang Cui wird durch ein China Scholarship Council (CSC) Stipendium finanziell unterstützt. Diese Arbeit wurde in der Computational Biology Gruppe durchgeführt und wurde durch Rechenleistung vom JARA-HPC der RWTH Aachen University unterstützt (JARA0169 und JARA0187).

Zugang zu der Publikation finden Sie unter Publikationen und Patente und unter

Cui, H., Zhang, L., Eltoukhy, L., Jiang, Q., Korkunç, S. K., Jaeger, K. E., Schwaneberg, U., Davari, M. D. (2020). Enzyme Hydration Determines Resistance in Organic Cosolvents. ACS Catalysis, 10, 14847-14856. https://doi.org/10.1021/acscatal.0c03233

  Protein Engineering der Enzymhydrathülle Urheberrecht: ACS Catalysis Erhöhung der Proteinoberflächen-Hydratation durch Oberflächenladungs-Engineering ist eine effektive Strategie für das rationale Design von Enzymen mit erhöhter Stabilität in organischen Lösungsmitteln.