天然低共熔溶剂激活漆酶活性的分子机制及工业应用潜力

【编辑推荐】针对漆酶(Laccase)在工业应用中易失活的问题，研究人员通过构建天然低共熔溶剂(NADESs)体系，发现甜菜碱-山梨醇(Betaine:D-Sorbitol)组合可显著提升酶活性，而胆碱氯化物/脯氨酸体系则抑制活性。结合分子对接(MD)和圆二色谱(CD)等技术，揭示了溶剂组分与漆酶活性位点的相互作用机制，为生物催化剂的绿色溶剂设计提供了新思路。

　　

在绿色化学技术快速发展的今天，工业界亟需寻找传统有机溶剂的可持续替代品。漆酶作为一种多铜氧化还原酶，在木质纤维素生物质(LCB)降解、生物燃料生产等领域具有重要应用价值，但其工业应用常受限于苛刻环境下的失活问题。传统预处理方法存在高能耗、污染大等缺陷，而酶法预处理虽环保却面临稳定性挑战。为此，印度科学研究所的研究团队在《Journal of Molecular Liquids》发表研究，系统评估了三种天然低共熔溶剂(NADESs)对漆酶活性的调控作用。

研究采用酶活性测定、本征荧光、圆二色谱(CD)和分子动力学模拟(MD)等多技术联用策略。以山梨醇为恒定氢键供体(HBD)，分别搭配甜菜碱(Betaine)、胆碱氯化物(ChCl)和L-脯氨酸(L-Pro)作为氢键受体(HBA)，构建不同配比的NADESs体系。通过测定25wt%溶剂浓度下的酶动力学参数，结合二级结构分析和计算机模拟，揭示了溶剂-酶相互作用的分子机制。

材料与方法
研究选用来自栓菌(Trametes versicolor)的漆酶，通过ABTS氧化法测定酶活。采用J-1500光谱仪进行CD扫描分析酶构象变化，Sybyl-X2.1软件完成分子对接，GROMACS进行100ns的MD模拟评估酶结构稳定性。

Laccase activity assay in aqueous DESs
实验发现Betaine:D-Sor(1:1)使漆酶活性提升1.8倍，而ChCl:D-Sor(1:1)和L-Pro:D-Sor(1:2)分别导致活性下降40%和60%。荧光光谱显示甜菜碱体系能维持漆酶天然构象，而脯氨酸引起荧光峰红移15nm，提示结构解折叠。

结构稳定性分析
CD数据表明，Betaine:D-Sor保留漆酶天然β-折叠含量(32±2%)，而L-Pro:D-Sor使α-螺旋增加12%。MD模拟显示甜菜碱体系能稳定漆酶活性中心的His-Cu配位键，溶剂分子与Asp206形成氢键网络，这解释了活性增强的结构基础。

结论与讨论
该研究首次阐明NADESs组分差异对漆酶的四级结构调控规律：甜菜碱通过维持铜离子活性中心微环境增强催化效率，而质子化的脯氨酸会破坏酶表面电荷平衡。这一发现为设计LCB生物精炼的绿色工艺提供了理论依据，Betaine:D-Sor体系在55℃下仍保持80%活性，显示出工业应用潜力。作者建议未来研究可拓展至其他氧化还原酶与NADESs的适配性筛选，推动生物催化剂的可持续利用。