脯氨酸定点改造提升黄石硫氢杆菌碳酸酐酶热稳定性与催化效率的研究

为应对全球变暖问题，研究人员通过计算生物学手段对黄石硫氢杆菌(SspCA)碳酸酐酶进行E145P/N153P脯氨酸定点改造。突变体熔解温度提升1.6-4.3°C，80°C处理14小时后活性保留率较野生型提高5-7倍，且在60°C碳酸钾溶液中展现更优的CO2水合活性。分子动力学模拟揭示新盐桥形成与末端波动降低的稳定机制，为酶法碳捕集(CCS)技术提供优化方案。

　　

全球变暖治理的迫切需求推动着碳捕集技术革新。黄石硫氢杆菌(Sulfurihydrogenibium yellowstonense)来源的碳酸酐酶(SspCA)虽在CO₂溶剂吸收中表现优异，但其热稳定性制约着工业应用。研究团队运用计算生物学手段展开精准设计，将145位谷氨酸(E145P)和153位天冬酰胺(N153P)置换为刚性脯氨酸。

改造后的突变体展现出惊艳特性：熔解温度提升最高达4.3°C，80°C极端条件下，N153P和E145P分别保留33%和44%活性，远超野生型6%的基准。在60°C碳酸钾溶液体系中，突变体持续展现卓越的CO₂水合活性。特别值得注意的是，E145P突变体催化效率提升的同时，米氏常数(K_m)降低，暗示脯氨酸改造优化了底物结合能力。

分子动力学模拟揭开了性能提升的分子奥秘：新形成的盐桥像"分子铆钉"般连接碳酐酶的C端与N端，显著降低末端区域波动。这种刚性增强的结构特征，完美解释了突变体在高温下的顽强生命力。该研究为碳捕集与封存(CCS)技术提供了经工程改造的"超强酶工具"，展现酶工程在应对气候变化中的独特价值。