Enhanced Thermostability of Geobacillus stearothermophilus α-Amylase by Rational Design of Disulfide Bond and Application in Corn Starch Liquefaction and Bread Quality Improvement

热稳定性 淀粉 化学 水解 淀粉酶 食品科学 突变体 热稳定性 二硫键 化学工程 生物化学 有机化学 工程类 基因
作者
Mengyu Zhu,Wenxin Zhai,Runfei Song,Lin Lin,Wei Wei,Dongzhi Wei
出处
期刊:Journal of Agricultural and Food Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:71 (48): 18928-18942 被引量:7
标识
DOI:10.1021/acs.jafc.3c06761
摘要

α-Amylase (EC 3.2.1.1) from Geobacillus stearothermophilus (generally recognized as safe) exhibited thermal inactivation, hampering its further application in starch-based industries. To address this, we performed structural analyses based on molecular dynamics targeting the flexible regions of α-amylase. Subsequently, we rationally designed a thermostable mutant, AmyS1, by introducing disulfide bonds to stabilize the flexible regions. AmyS1 showed excellent thermostability without any stability-activity trade-off, giving a 40-fold longer T1/2 (1359 min) at 90 °C. Thermostability mechanism analysis revealed that the introduction of disulfide bonds in AmyS1 refined weak spots and reconfigured the protein's force network. Moreover, AmyS1 exhibited improved pH compatibility and enhanced corn starch liquefaction at 100 °C with a 5.1-fold increased product concentration. Baking tests confirmed that AmyS1 enhanced bread quality and extended the shelf life. Therefore, mutant AmyS1 is a robust candidate for the starch-based industry.
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