Enhancing Stability and Catalytic Activity of d-Allulose 3-Epimerase through Multistrategy Computational Design and Cross-Regional Advantageous Mutations

化学 生物化学 理论(学习稳定性) 细胞生物学 生物 计算机科学 机器学习
作者
Zhiqi Wang,Tingting Feng,Longyan Zhao,Ning Li,Jidong Liu
出处
期刊:Journal of Agricultural and Food Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:73 (1): 635-645 被引量:7
标识
DOI:10.1021/acs.jafc.4c07342
摘要

d-Allulose 3-epimerase (DAEase) derived from Clostridium bolteae has excellent properties in the catalytic production of d-allulose, a rare sugar with unique biological functions. However, the industrial application of C. bolteae DAEase (Cb-DAEase) for d-allulose production is hindered by its low enzyme activity, poor long-term thermostability, and pH tolerance. In this study, we identified potential noncatalytic residues in Cb-DAEase using methods such as proline substitution, surface charge engineering, and surface residue prediction. The effects of these residues were experimentally validated, followed by structural analysis, which led to the generation of multisite mutants through cross-regional structural combinations. The obtained mutant Cb-R2P-E6P-D137C showed 155.6% of the enzyme activity of the wild type, and the Kcat/Km increased by 1.3-fold, an elevated half-life of 15.7 min, and an elevated Tm value of 1.1 °C. The mutant Cb-R2P-E6P-A83D-D137C had 139.7% of the enzyme activity of the wild type, the Kcat/Km increased by 1.2-fold, with an elevated half-life of 12.3 min, an elevated Tm value of 0.8 °C, and maintained 68% of the enzyme activity at pH 5.0. The findings outlined a feasible approach for the rational design of multiple preset functions of target enzymes simultaneously.
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