白蚁肠道宏基因组来源的双功能GH43 α-L-阿拉伯呋喃糖苷酶/β-木糖苷酶TerARA的结构功能解析及其在生物质转化中的应用潜力

本研究发现并表征了源自Pseudacanthotermes militaris白蚁肠道宏基因组的双功能酶TerARA（GH43家族），其同时具有α-L-阿拉伯呋喃糖苷酶（Abf）和β-木糖苷酶（BX）活性，对合成底物pNP-Araf（387.22±74.2 U/mg）和pNP-Xyl（330.82±31.2 U/mg）展现高效催化能力。晶体结构解析（2.0 ?）揭示其具有五叶β-螺旋催化结构域（含两个Ca2+结合位点）和β-折叠碳水化合物结合模块（CBM）。Zn2+可增强酶稳定性，Ca2+对催化效率有轻微调节作用。该双功能酶为木质纤维素生物质降解提供了新型高效催化剂。

　　

Highlight

TerARA的双功能活性及其在pH偏好性上的独特表现（β-木糖苷酶最适pH 5.5，α-L-阿拉伯呋喃糖苷酶最适pH 7.0）表明其具有适应多微环境的催化灵活性，这种特性在GH43家族酶中较为罕见。

Cloning, expression, and in silico analyses of TerARA

目标基因TerARA（编码α-L-阿拉伯呋喃糖苷酶/β-木糖苷酶）根据碳水化合物活性酶数据库（CAZy）中关于半纤维素活性与宏基因组来源的标准筛选获得。基因序列经细菌表达优化后合成，并克隆至带有N端六组氨酸标签的pTrc-HisA载体中，于大肠杆菌BL21内表达。理论分子量为54.6 kDa。

Target gene selection and initial secondary structure analysis

TerARA基因序列全长1506 bp，成功克隆至pTrcHisA质粒并表达于大肠杆菌BL21。该重组蛋白含501个氨基酸，理论分子量为54.6 kDa。Pfam数据库分析显示其包含GH43家族催化结构域（残基21–340）和一个CBM结构域（残基384–500）。

Conclusion

本研究从功能与结构层面表征了来源于白蚁Pseudacanthotermes militaris肠道宏基因组的双功能酶TerARA（α-L-阿拉伯呋喃糖苷酶/β-木糖苷酶）。该酶具备双底物特异性、在中等pH和温度范围内稳定性高，其GH43催化结构域含有两个Ca²⁺离子，CBM结构域呈β-折叠 sandwich 构象。虽然Ca²⁺与Zn²⁺未显著改变催化效率，但Zn²⁺明显提升了酶稳定性。