Surface Charge Engineering Unlocks Dual Enhancement of Thermostability and Catalytic Efficiency in a Bacterial β-Glucosidase for Sustainable Resveratrol Production

热稳定性 化学 白藜芦醇 酶动力学 水解 表面电荷 催化作用 生物化学 活动站点 物理化学
作者
Lili Qi,Shun Zhang,Fei Cao,Yuxiang Li,Zhijian Ke,Mengting Wang,Haiguang Mao,Wei Ma,Yong Yu,Jinbo Wang
出处
期刊:Journal of Agricultural and Food Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:73 (41): 26303-26312
标识
DOI:10.1021/acs.jafc.5c08213
摘要

Resveratrol production via enzymatic hydrolysis of polydatin is hindered by the thermal instability of β-glucosidases. This study employed rational design to engineer Bacillus sp. D1-derived BglD2 through surface charge optimization. The D156E mutant achieved a 42.7% increase in catalytic efficiency (kcat/Km = 49.76 s-1·mM-1) toward polydatin and a 2.1-fold longer half-life at 40 °C. The D411E mutant exhibited a 5.2-fold improvement in thermostability while retaining native activity. Structural analyses revealed that D156E formed a stabilizing salt bridge (2.7 Å) with Lys111 and a hydrogen bond with Pro112, while D411E established compensatory hydrogen bonds with Phe408. Both mutants maintained broad pH activity (pH 6.0-7.0), high glucose tolerance (Ki > 55 mM), and metal ion resilience. This work demonstrates that targeted surface charge engineering concurrently enhances thermostability and catalytic efficiency, enabling efficient resveratrol production with reduced enzyme consumption in industrial applications.
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