利用TMAO渗透压调节剂提高重组尿酸氧化酶的稳定性和催化活性：综合实验与计算方法

《Journal of Biomolecular Structure and Dynamics》：Enhancing recombinant urate oxidase stability and catalytic function with TMAO osmolyte: integrated experimental and computational approaches

相容性渗透剂TMAO通过增强尿酸盐氧化酶（UOX）的催化活性与热稳定性，其机制涉及范德华力与氢键作用，结构紧凑性提升及次级结构优化，实验与分子动力学模拟证实非共价结合增强酶稳定性。

　　

摘要

像三甲胺N-氧化物（TMAO）这样的兼容性渗透调节剂因其能够优先稳定蛋白质的折叠状态而备受关注，为相关问题提供了一种潜在的解决方案；然而，其稳定作用背后的精确分子机制尚未完全明了。另一方面，药物酶（如尿酸氧化酶UOX）在水溶液中的热稳定性较差，这仍然是一个重大挑战。本研究探讨了TMAO如何调节酶的环境，从而提高UOX的催化效率和稳定性。通过结合实验和计算方法，我们评估了添加和未添加渗透调节剂时尿酸氧化酶的动力学、热力学及结构变化。动力学分析表明，在TMAO存在下酶活性有所增强。热力学研究表明，焓变（ΔH°）和熵变（ΔS°）均为负值，这表明范德华力和氢键在UOX与TMAO的相互作用中起作用。自由能变（ΔG°）为负值进一步证实了这种结合是自发的。荧光光谱分析显示，渗透调节剂的结合导致酶的结构发生了改变，这一变化通过复杂的荧光淬灭机制得到了验证。分子动力学（MD）模拟表明，TMAO提高了UOX的结构紧凑性及其稳定性，并增加了其二级结构的比例，有助于保持活性部位的完整性。此外，分子对接实验显示TMAO与UOX之间的结合主要通过非共价相互作用实现，这与我们的实验结果一致。这些发现为TMAO如何改善UOX的稳定性和催化功能提供了原子层面的解释。