日前，吉林大學生命科學學院分子酶學工程教育部重點實驗室高仁鈞教授團隊與丹麥奧胡斯大學郭諍教授團隊合作構建了嗜熱外二醇雙加氧酶Tcu3516，研究顯示該酶在酚類汙染物降解方面具有巨大應用潛力。相關研究內容以A new thermophilic extradiol dioxygenase promises biodegradation of catecholic pollutantsjiesh為題線上發表於Journal of Hazardous Materials (2022,422:126860)。

兒茶酚類物質作為重要的化學試劑廣泛地被應用於製藥工業、化工、化妝品、殺蟲劑和染料中，並隨著人類的生活和生產活動被釋放在水和土壤中，造成了嚴重的環境汙染。外二醇雙加氧酶廣泛存在於芽孢桿菌、假單胞菌和產鹼菌等微生物中，可以催化兒茶酚類汙染物中與羥基相鄰的C-C鍵的斷裂，是酚類汙染物的生物降解途徑中最重要的酶。已報道的雙加氧酶多是常溫酶，與常溫酶相比，嗜熱酶在溫度耐受、抗化學物質變性、抗蛋白水解方面表現更優越，更具有工業應用潛力。因此，獲得高效能、高穩定性的嗜熱雙加氧酶具有重要的研究價值。

吉林大學高仁鈞教授團隊從嗜熱微生物彎曲熱單孢菌中篩選得到高活性的外二醇雙加氧酶Tcu3516，並對其酶學性質進行了表徵。透過對Tcu3516序列相似性分析，發現其屬於鄰氧螯閤家族（VOC）/Ⅰ型，且該酶與已報道的其他雙加氧酶的序列一致度僅為25-44 %。經過系統發育樹分析進一步證明，該酶屬於獨特分支的、尚未被研究的雙加氧酶。酶學性質表徵表明，該酶最適溫度為50 ℃，最適pH為9.0。且在55 ℃時，該酶仍具有良好的熱穩定性。Tcu3516具有廣泛的底物適應性，對多種天然底物，包括兒茶酚、3-甲基兒茶酚、3-氯兒茶酚、4-氯兒茶酚、2，3-二羥基鄰苯二酚和3,4-二羥基苯基乙酸均有催化能力，特別適合用於環境汙染物的清除。透過對Tcu3516進行同源建模，並與底物分子對接，動力學模擬瞭解該酶與底物的作用方式。並在此基礎上，透過半理性設計對其催化口袋末端的環結構進行改造，獲得性能良好的突變體。

Tcu3516結構的建模及底物與活性中心的對接

為了進一步拓展Tcu3516的底物適應性，對Tcu3516催化口袋末端入口處loop環上的較大氨基酸殘基進行定點突變，得到3個突變體F301V、D285A和H205V。經檢測，不同突變體對於不同的兒茶酚類底物的催化活性均明顯提高，其中D285A的酶活力提高了2-17倍。結合酶促反應動力學結果進一步表明，催化口袋末端的環對酶底物特異性和催化效率有著重要的影響。對已獲得的7個突變體的性質分析結果表明，位於蓋子結構的F301V對於中鏈醯基兒茶酚和超長鏈醯基兒茶酚的催化能力均強於野生型。此結果證明了蓋子結構的調整也會提高酶對大底物的催化作用，揭示了蓋子結構的重要性。

酶和突變體的底物特異性

（a）C端結構域及，(b)酶底物複合體

此研究透過篩選得到了新的嗜熱外二醇雙加氧酶Tcu3516，並構建了高穩定性高催化活性的突變體，在酚類汙染物降解方面具有巨大應用潛力，適用於土壤有機汙染物的清除和環境修復，如東北黑土地資源的保護。研究工作得到了國家自然科學基金、諾和諾德基金會和丹麥自由研究基金會的資助。論文第一完成單位為吉林大學，第一作者為吉林大學生命科學學院張曉雯博士。吉林大學生命科學學院分子酶學工程教育部重點實驗室高仁鈞教授與丹麥奧胡斯大學技術科學學院郭諍教授為論文的共同通訊作者。

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吉林大學生命科學學院的前身是吉林大學生物學系，於1960年由我國著名生物化學家陶慰蓀教授建立。學院高度重視教學科研的共同發展和相互促進，並取得了豐碩的成果，在分子酶學、艾滋病疫苗、藥物代謝、細胞訊號傳導和古DNA等研究方向具有明顯優勢。近五年承擔國家重點研發計劃、國家重大科技專項、國家自然基金等省部級課題135項，累計科研經費1.6億元。

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素材來源：吉大招生官微、吉林大學生命科學學院官微