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柚皮苷（Naringin）是柑橘产业主要黄酮类物质且是果汁中的苦味物质。研究人员借助分子对接和分子动力学模拟，探究 α-L - 鼠李糖苷酶（α-L-Rhamnosidase）催化效率差异原因，发现 5 个关键氨基酸残基，其中 K276A 突变株效率和热稳定性提升，为相关产业提供策略。
在食品与医药领域，黄酮类化合物的开发与应用一直备受关注。柚皮苷（Naringin）作为柑橘属植物中主要的黄酮苷类物质，虽具有抗氧化、抗炎等多种生物活性，但其强烈的苦味却限制了在果汁加工等食品行业的应用。同时，柚皮苷的水解产物普鲁宁（Prunin）水溶性是其 7.54 倍，且在医药、化妆品领域潜力更大，但现有提取和化学合成方法存在产率低、污染重等问题，高效环保的酶法转化成为研究焦点。然而，前期研究发现 α-L - 鼠李糖苷酶（α-L-Rhamnosidase，一种能特异性水解鼠李糖的糖苷水解酶）对橙皮苷（Hesperidin）的转化效率比柚皮苷高 1.12 倍，揭示酶对不同底物催化差异的机制并优化其性能，对提升普鲁宁生产效率和柑橘脱苦具有重要现实意义。
为解决这一问题，研究人员开展了相关研究。新疆生产建设兵团农业第九师科技计划项目、广东省科技计划项目等支持的研究团队，围绕 α-L - 鼠李糖苷酶催化柚皮苷与橙皮苷的效率差异机制及酶性能优化展开研究，相关成果发表在《Food Bioscience》。
研究主要采用分子对接和分子动力学模拟两种关键技术方法。通过分子对接分析酶与底物的结合模式，利用分子动力学模拟动态追踪酶 - 底物复合物的结构变化，以明确催化效率差异的分子基础，并在此基础上设计关键氨基酸位点的突变实验。
分子对接分析
分子对接结果显示，橙皮苷（HSD）和柚皮苷（NAR）与 α-L - 鼠李糖苷酶（Rhase）的结合能分别为 - 10.0 kcal/mol 和 - 9.4 kcal/mol，表明两者均能较好结合。但两者结合构象存在差异：橙皮苷的末端鼠李糖（紫色）结合在酶活性口袋表面，而柚皮苷的末端鼠李糖深入活性口袋内部。
催化效率差异机制
进一步研究发现，柚皮苷水解后，其末端鼠李糖与酶活性口袋内形成两条新的氢键，导致活性口袋收缩，阻碍鼠李糖脱离，这是其催化效率低于橙皮苷的关键原因。通过分子动力学模拟和结构分析，确定了 THR203、GLU158、LYS276、GLN133、ILE258 这 5 个关键氨基酸残基，它们在底物结合和催化过程中起决定性作用。
酶突变与性能优化
针对上述关键氨基酸残基，研究人员将其突变为丙氨酸（ALA），获得 5 个突变株。其中，K276A 突变株表现出显著优势：对柚皮苷转化为普鲁宁的效率提升，同时热稳定性增强。这一结果表明，通过定点突变优化酶结构，可有效改善其对柚皮苷的催化性能。
研究结论表明，α-L - 鼠李糖苷酶对柚皮苷和橙皮苷的催化差异源于底物结合模式和活性口袋构象变化，关键氨基酸残基 LYS276 等的突变可显著提升酶对柚皮苷的转化效率和热稳定性。该研究不仅揭示了酶催化黄酮苷类底物的分子机制，为柑橘果汁脱苦和普鲁宁的高效生产提供了新的酶工程策略，也为其他糖苷水解酶的性能优化提供了可借鉴的技术路径，在食品工业、医药研发等领域具有重要的应用潜力和理论参考价值。
