Enhancing the thermostability of carboxypeptidase A by a multiple computer-aided rational design based on amino acids preferences at β-turns

热稳定性 合理设计 水解 羧肽酶 氨基酸 化学 定向进化 蛋白质工程 分子动力学 生物化学 材料科学 计算化学 纳米技术 基因 突变体
作者
Yue Ming,Haoxiang Zhang,Zitong Zhao,Zhenzhen Zhang,Honglei Wang,Zhihong Liang
出处
期刊:International Journal of Biological Macromolecules [Elsevier BV]
卷期号:245: 125447-125447 被引量:17
标识
DOI:10.1016/j.ijbiomac.2023.125447
摘要

Carboxypeptidase A (CPA) with efficient hydrolysis ability has shown vital potential in food and biological fields. In addition, it is also the earliest discovered enzyme with Ochratoxin A (OTA) degradation activity. Thermostability plays an imperative role to catalyze the reactions at high temperatures in industry, but the poor thermostability of CPA restricts its industrial application. In order to improve the thermostability of CPA, flexible loops were predicted through molecular dynamics (MD) simulation. Based on the amino acid preferences at β-turns, three ΔΔG-based computational programs (Rosetta, FoldX and PoPMuSiC) were employed to screen three variants from plentiful candidates and MD simulations were then used to verify two potential variants with enhanced thermostability (R124K and S134P). Results showed that compared to the wild-type CPA, the variants S134P and R124K exhibited rise of 4.2 min and 7.4 min in half-life (t1/2) at 45 °C, 3 °C and 4.1 °C in the half inactivation temperature (T5010), in addition to increase by 1.9 °C and 1.2 °C in the melting temperature (Tm), respectively. The mechanism responsible for the enhanced thermostability was elucidated through the comprehensive analysis of molecular structure. This study shows that the thermostability of CPA can be improved by the multiple computer-aided rational design based on amino acid preferences at β-turns, broadening its industrial applicability of OTA degradation and providing a valuable strategy for the protein engineering of mycotoxin degrading enzymes.
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