基于计算机模拟的木聚糖乙酰酯酶热稳定性改造及其在纸浆生产中的应用潜力

本研究针对纸浆生产过程中高温环境导致木聚糖乙酰酯酶(acetylesterase)易失活的问题，通过计算生物学方法对哈茨木霉(Trichoderma harzianum)来源的乙酰酯酶进行理性设计。研究人员成功获得双突变体(D75C, E296L)，分子动力学模拟显示其在70°C下RMSD降低30.7%，相互作用能提升42.3%，为绿色纸浆生产提供了高效生物催化剂。

　　

通过计算机辅助设计技术，研究人员对哈茨木霉(Trichoderma harzianum)IOC-3844菌株来源的乙酰酯酶(acetylesterase, EC 3.1.1.6)进行热稳定性改造。该酶在纸浆生产过程中主要负责木聚糖(hemicellulose)的脱乙酰化反应。研究通过构建三维模型并筛选250余个突变体，最终鉴定出D75C/E296L双突变体。在200纳秒分子动力学模拟中，该突变体在37°C和70°C条件下均表现出优于野生型的结构稳定性：在70°C时平均均方根偏差(RMSD)降低30.7%(0.43?)，平均均方根波动(RMSF)减少9.5%(0.06?)，平均回转半径(Rg)下降1.5%(0.29?)，平均溶剂可及表面积(SASA)缩减3.4%(4.6nm²)。同时突变体分子内氢键数量增加36.5%，相互作用能提升42.3%(21.96Kcal/mol)。主成分分析(PCA)证实该突变体在高温下能维持天然构象。这种经改造的热稳定乙酰酯酶有望替代造纸工业中使用的有毒氯系化学品，实现环境友好的生物催化工艺。