腐殖酸与蛋白酶互作的分子机制：揭示污泥厌氧消化水解抑制的关键

针对腐殖酸(HA)抑制污泥厌氧消化水解过程的机制不明问题，研究人员通过多尺度分子技术揭示了HA与蛋白酶互作规律。研究发现HA通过静态猝灭荧光、改变α-螺旋/β-折叠比例(ΔG=?25.6 kJ/mol)导致蛋白酶结构松散，氢键和范德华力驱动自发结合(C=O优先响应)，为优化污泥处理工艺提供理论依据。

　　

在环境治理领域，污泥处理始终是困扰污水处理厂的难题。其中，厌氧消化过程中的水解环节被普遍认为是限速步骤，而腐殖酸(Humic Acid, HA)作为溶解性有机物(DOM)的主要成分，长期被报道具有水解抑制作用。但令人困惑的是，这种抑制作用究竟如何发生？蛋白酶作为水解过程中的关键酶，其分子结构是否会因HA而发生改变？这些问题至今未有明确答案。

针对这一科学盲区，河南省自然科学基金等项目支持的研究团队在《Journal of Environmental Management》发表了创新性成果。研究人员首次从分子尺度揭示了HA与蛋白酶互作的动态机制，不仅阐明了HA抑制酶活的本质原因，更发现了蛋白质构象变化的精确规律。

研究采用多技术联用策略：通过荧光光谱检测HA对蛋白酶的静态猝灭效应；傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析α-螺旋和β-折叠构象变化；分子对接技术可视化结合位点；密度泛函理论(DFT)计算结合能(ΔH=?4.22 kJ/mol)和相互作用力。所有实验均以商业HA(纯度90%)和枯草芽孢杆菌蛋白酶(13,000 Da)为研究对象。

构象变化研究
FTIR光谱显示，高剂量HA使1660 cm^?1
处酰胺I带(C=O)红移，α-helix/(β-sheet+random coil)比例显著降低，表明蛋白酶二级结构趋于松散。这种构象变化暴露出更多结合位点，为HA-蛋白酶复合物形成创造条件。

分子互作机制
分子对接发现蛋白酶通过多个氢键锚定HA的芳香杂环结构。DFT计算进一步揭示，除氢键外，范德华力也参与结合过程，两者共同驱动自发放热反应(ΔG=?25.6 kJ/mol，25°C)。功能基团响应顺序为C=O>-COO^?

-OH>C-O。

酶活抑制本质
荧光猝灭实验证实HA通过静态猝灭机制不可逆地灭活蛋白酶活性中心。构象变化与结合能计算共同说明，HA通过"结构松动-多位点结合-功能基团封闭"的三步模式实现酶活抑制。

这项研究的意义在于：首次建立HA浓度-蛋白酶构象-酶活抑制的定量关系，为污泥处理工艺参数优化提供精确调控靶点；提出的"氢键主导、范德华力辅助"结合模型，为复杂有机物-酶互作研究提供新范式；发现的C=O优先响应规律，可指导开发针对性HA钝化剂。该成果不仅破解了水解抑制的分子密码，更为发展高效污泥资源化技术奠定理论基础。