古菌酪氨酸酶Tyr-CNK：木质素衍生芳香化合物高效生物催化的结构基础与机制创新

针对木质素降解效率低、酶资源有限的问题，研究人员从海洋古菌Candidatus nitrosopumilus koreensis中发掘出酪氨酸酶Tyr-CNK，通过结构解析与动力学分析揭示其通过极浅活性口袋和非经典caddy结构域实现高效铜离子结合，对p-香豆酸、GGE等木质素模型化合物展现44.8倍kcat提升，为生物质转化提供新型绿色催化工具。

　　

木质素作为地球上最丰富的芳香生物聚合物，其高效转化是生物质资源利用的关键瓶颈。传统化学降解依赖高温强酸条件，而现有木质素修饰酶（如漆酶、过氧化物酶）种类有限且催化效率不足。尤其对于木质素中占比60%的β-O-4醚键，微生物酶系常需辅因子或氧化还原介质，制约工业化应用。韩国国立研究团队从海洋古菌Candidatus nitrosopumilus koreensis中发现的新型酪氨酸酶Tyr-CNK，为解决这一难题带来曙光。

研究团队采用多学科技术手段：通过基因优化构建pET-23b表达载体获得Tyr-CNK及其成熟形式mTyr-CNK；利用X射线晶体学解析2.1?分辨率酶结构；结合分子对接模拟分析底物结合模式；采用紫外光谱和HPLC测定对p-香豆酸、4-苯氧基苯酚等模型化合物的动力学参数（k_cat/K_m）。

催化效率突破
Tyr-CNK对p-香豆酸的k_cat达44.8倍于蘑菇酪氨酸酶，对4-O-5键模型化合物4-苯氧基苯酚的转换数提升35倍。其催化β-O-4键模型GGE时，通过C_α-C_β断裂产生愈创木酚，反应速率较真菌酶提高2个数量级。

结构机制创新
2.1?晶体结构揭示三个关键特征：1）极浅活性口袋（深度仅4.5?）使大体积木质素片段易于接近双铜中心；2）非经典caddy结构域通过Asp240-His244铜结合模体实现100%金属离子占据率；3）入口处平坦表面允许底物多角度结合。分子对接显示Phe238/Phe242构成"双苯环栅栏"，选择性稳定过渡态。

工业应用潜力
相比需要H₂O₂的过氧化物酶和依赖介体的漆酶，Tyr-CNK在常温中性条件下即可直接活化分子氧。其广谱性覆盖单酚羟基化（EC 1.14.18.1）和邻二酚氧化（EC 1.10.3.1）两类反应，对α-O-4、β-O-4、4-O-5键均有裂解能力，为木质素制备香兰素等高值化学品提供新途径。

该研究发表于《International Journal of Biological Macromolecules》，首次阐明古菌源酪氨酸酶在木质素转化中的独特优势。Seul Hoo Lee和Eungsu Kang作为共同第一作者，通过结构-功能偶联研究，证明Tyr-CNK的催化效率与其特殊的几何约束效应密切相关。这种无需辅因子的氧化系统，为开发第三代生物炼制技术奠定基础，其扁平活性入口设计思路对人工酶设计具有重要启示。