Deciphering the alkaline stable mechanism of bacterial laccase from Bacillus pumilus by molecular dynamics simulation can improve the decolorization of textile dyes

漆酶 短小芽孢杆菌 化学 生物修复 流出物 分子动力学 生物转化 酶 有机化学 细菌 计算化学 环境工程 遗传学 生物 工程类 发酵
作者
Jiashu Liu,Bianxia Li,Zhuang Li,Fan Yang,Bixin Chen,Jianhui Chen,Huanan Li,Zhengbing Jiang
出处
期刊:Journal of Hazardous Materials [Elsevier BV]
卷期号:443 (Pt B): 130370-130370 被引量:35
标识
DOI:10.1016/j.jhazmat.2022.130370
摘要

Laccases are considered promising tools for removing synthetic dyes from textile and tannery effluents. However, the alkaline pH in the effluents causes laccase instability, inactivation, and difficulty in its bioremediation. Based on a Bacillus pumilus ZB1 (BpLac) derived alkaline stable laccase, this study aimed to elucidate its alkaline stable mechanism at molecular level using molecular dynamics simulation. The effects of metal ions, organic solvents, and inhibitors on BpLac activity were assessed. BpLac formed more salt bridges and negatively charged surface in alkaline environment. Thereafter, pH-induced conformation changes were analyzed using GROMACS at pH 5.0 and 10.0. Among the identified residues with high fluctuation, the distance between Pro359 and Thr414 was stable at pH 10.0 but highly variable at pH 5.0. DSSP analysis suggested that BpLac formed more β-sheet and less coil at pH 10.0. Principal component analysis and free energy landscape indicated that irregular coils formed at pH 5.0 benefit for activity, while rigid α-helix and β-sheet structures formed at pH 10.0 contributed to alkaline stability. Breaking the α-helix near T1 copper center would not reduce alkaline stability but could improve dye decolorization by BpLac. Overall, these findings would advance the potential application of bacterial laccase in alkaline effluent treatment.
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