Improving thermostability of a PL 5 family alginate lyase with combination of rational design strategies

热稳定性 氢键 突变体 化学 合理设计 基质(水族馆) 动力学 立体化学 生物化学 材料科学 有机化学 生物 纳米技术 分子 基因 物理 生态学 量子力学
作者
Licheng Zhou,Qing Cheng Meng,Ran Zhang,Bo Jiang,Qun Wu,Jingjing Chen,Tao Zhang
出处
期刊:International Journal of Biological Macromolecules [Elsevier]
卷期号:242: 124871-124871 被引量:7
标识
DOI:10.1016/j.ijbiomac.2023.124871
摘要

Alginate lyases with strict substrate specificity possess potential in directed production of alginate oligosaccharides with specific composition. However, their poor thermostability hampered their applications in industry. In this study, an efficient comprehensive strategy including sequence-based analysis, structure-based analysis, and computer-aid ΔΔGfold value calculation was proposed. It was successfully performed on alginate lyase (PMD) with strict poly-β-D-mannuronic acid substrate specificity. Four single-point variants A74V, G75V, A240V, and D250G with increased Tm of 3.94 °C, 5.21 °C, 2.56 °C, and 4.80 °C, respectively, were selected out. After ordered combined mutations, a four-point mutant (M4) was finally generated which displayed remarkable increase on thermostability. The Tm of M4 increased from 42.25 °C to 51.59 °C and its half-life at 50 °C was about 58.9-fold of PMD. Meanwhile, there was no obvious loss of enzyme activity (more than 90% retained). Molecular dynamics simulation analysis insisted that the improvement of thermostability might be attribute to the rigidified region A which might be caused by the newly formed hydrogen bonds and salt bridges introduced by mutations, the lower distance of original hydrogen bonds, and the more compact overall structures.
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