Peptide-mediated stabilization of Trichoderma reesei Cel7A for enhanced thermal stability in bioethanol production

里氏木霉 生物燃料 化学 生产(经济) 热稳定性 生物技术 生物 生物化学 有机化学 纤维素 纤维素酶 经济 微观经济学
作者
Bader Huwaimel,Kareem M. Younes,Amr S. Abouzied
出处
期刊:Journal of Biomolecular Structure & Dynamics [Taylor & Francis]
卷期号:43 (18): 11274-11298
标识
DOI:10.1080/07391102.2025.2514705
摘要

Cel7A, a key cellulase for bioethanol production, is crucial for reducing costs and enhancing efficiency under industrial conditions. While Cel7A functions optimally at moderate temperatures (40-50 °C), its activity diminishes at higher ranges (50-80 °C). This study integrates Molecular Dynamics (MD) simulations, Machine Learning (ML) predictions, and Molecular Mechanics/Generalized Born Surface Area (MM/GBSA) free energy calculations to develop a peptide-mediated stabilization strategy. Analysis of root mean square fluctuations (RMSF) at 350K identified thermally sensitive, flexible regions. Surface-accessible area calculations pinpointed a stretch of residues (TYPTNETSTPG) for targeted mutations, generating 69,984 peptides. Screening with ML-based DeepPurpose, clustering, and similarity analyses yielded 15 candidates. Docking and ΔSASA calculations highlighted three promising peptides (Peptide-7, Peptide-10, and Peptide-15) with binding free energies of -27.33, -11.07, and -7.36 kcal/mol, respectively. Density Functional Theory (DFT), MD simulations, and QM/MM analyses revealed Peptide-15 as the most stable candidate, displaying strong polar interactions, high dipole moment (447.49 Debye), and consistent energetic stabilization. Its integration with Cel7A achieved thermal stability, suggesting that peptide-based stabilization is a viable method to enhance enzyme performance in bioethanol systems under heat stress.
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