单个氨基酸交换对乙醛脱氢酶底物偏好性的影响：解锁酶功能调控新密码

为探究乙醛脱氢酶（AldB）的生理功能及突变影响，研究人员重组表达并表征 AldB，对 Tyr460位点突变分析。结果显示突变改变底物偏好性和抑制作用，明确 AldB 可能参与脂肪醇降解。这为酶的应用和功能研究提供新视角。

　　在微生物的奇妙世界里，酶就像一个个勤劳的小工匠，催化着各种化学反应，维持着生命的运转。其中，醛脱氢酶（aldehyde dehydrogenases，ALDH）家族是一类极为重要的酶，它们能将各种各样的醛氧化成相应的酸，在生物体内的代谢过程中发挥着关键作用。不过，这个家族十分庞大且复杂，目前已分为 24 个亚类，但微生物中仍有许多醛脱氢酶未被归类。而且，不同醛脱氢酶的底物特异性差异很大，有的能作用于多种底物，有的却只对少数几种醛有催化活性，这背后的机制还未完全明晰。

在这样的背景下，来自德国菲利普斯大学（Philipps University of Marburg）的研究人员决定深入探索一种名为 AldB 的醛脱氢酶。他们想弄清楚 AldB 在生物体内的正常生理功能是什么，以及对其进行氨基酸突变后，会如何影响它与不同醛类底物的反应活性。这项研究成果发表在《Applied Microbiology and Biotechnology》上，为我们理解醛脱氢酶的功能和调控机制带来了新的曙光。

研究人员开展此项研究时，运用了多种关键技术方法。首先是基因工程技术，通过 PCR 扩增目的基因 aldB，并将其克隆到表达载体中，构建重组质粒；接着利用定点突变技术，对 AldB 中 Tyr⁴⁶⁰位点进行突变，获得不同的突变体；之后，将重组质粒转化到大肠杆菌中进行异源表达，再通过亲和层析纯化得到目的蛋白；最后，运用酶活性测定、蛋白质电泳、系统发育分析以及借助 AlphaFold 模型预测蛋白质结构等技术，对 AldB 及其突变体进行全面分析。

下面让我们来看看具体的研究结果：

• AldB 变体的构建与纯化：研究人员成功克隆并表达了野生型 AldB 以及 Y460C、Y460F、Y460S 等突变体，其中 Y460A 和 Y460W 未能成功表达。经纯化后，获得了纯度较高的蛋白质，为后续研究奠定了基础。
• AldB 的分子性质：SDS-PAGE 显示 AldB 及其变体的亚基分子量约为 52kDa，与预期相符。通过 Ferguson 图分析和交联实验确定，它们均为同源四聚体，此外还发现了一些高分子量的复合物，可能是四聚体的二聚体或更大的复合物。
• AldB 及其变体的催化特性：野生型 AldB 对不同醛类的催化活性存在差异，对小脂肪醛（如乙醛、丙醛）和戊二醛的活性较高，表明这些可能是其生理底物。对 Y460 位点进行突变后，不同突变体的催化参数发生了显著变化。例如，Y460F 变体对脂肪醛的催化效率降低，底物抑制作用增强；Y460C 变体使苯乙醛的催化效率最高，而对其他底物的催化活性大幅下降；Y460S 变体对苯乙醛的活性相对较高，但同时也表现出较强的底物抑制作用。
• 突变影响与 AldB 预测结构的相关性：根据 AlphaFold 模型预测的 AldB 结构，Tyr⁴⁶⁰位于底物通道的颈部，它与 Phe⁴⁶⁶共同协助底物与催化中心的 Cys²⁹⁹结合，促进硫代半缩醛的形成。不同突变对 Tyr⁴⁶⁰功能的影响程度不同，进而导致底物特异性和催化活性的改变，这表明 Tyr⁴⁶⁰在引导底物进入活性中心和促进催化反应中起着关键作用。
• AldB 的系统发育分析：系统发育树分析表明，AldB 和 Pdh 虽能相互补充功能，但二者亲缘关系较远，且均不属于已知的 24 个 ALDH 家族亚类。AldB 属于 cd07116 类别，该类别中的其他酶与 AldB 的生化性质相似。

综合研究结果和讨论部分，此次研究明确了 AldB 很可能在脂肪醇（如乙醇、1 - 丙醇）的降解途径中发挥重要作用，其主要生理功能是氧化短链脂肪醛。同时，研究还发现 Tyr⁴⁶⁰位点的单个氨基酸交换会显著影响 AldB 的底物偏好性和底物抑制作用。这一发现不仅为深入理解醛脱氢酶的结构与功能关系提供了重要依据，也为未来通过定点突变技术改造醛脱氢酶，使其在生物催化、生物修复等领域发挥更大作用开辟了新的思路。