Mutarotase

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Mutarotase verändert die katalytischen Eigenschaften, Substratspezifität oder Coenzym-Spezifität dieser Enzyme durch kontrolliertes Schneiden, Modifikation oder Mutation natürlicher Enzymgene, sodass sie besser den Bedürfnissen der menschlichen sozialen Produktion und des Lebens entsprechen.

Einführungen

Derzeit gibt es nicht weniger als tausende von Enzymen, die im Labor untersucht wurden, aber nur wenige von ihnen werden verwendet. Der Hauptgrund ist, dass diese Enzyme unter biologischen oder natürlichen Bedingungen aktiv sind, aber in tatsächlichen Produktionssystemen ist ihre Aktivität extrem gering, sodass sie nicht anwendbar sind. In der industriellen Produktion sind fast alle Reaktionssysteme in sauren, alkalischen oder Lösungsmittelsystemen, und die Temperatur ist relativ hoch, sodass die meisten Enzyme unter diesen Bedingungen denaturiert werden. Daher ist die Verbesserung der Stabilität des Enzyms in der industriellen Produktion wichtig. Mutante Enzyme schneiden, modifizieren oder mutieren natürliche Enzymgene auf kontrollierte Weise, wodurch die katalytischen Eigenschaften, Substratspezifität oder Coenzym-Spezifität dieser Enzyme verändert werden, sodass sie besser den Bedürfnissen der menschlichen sozialen Produktion und des Lebens entsprechen.

Abbildung 1. Proteinstruktur von Mutarotase.

Eigenschaften

• Verbesserung der Enzymaktivität

Zum Beispiel wird die katalytische Aktivität von Subtilisin Met222 erheblich verbessert, nachdem es an Cys angepasst wurde.

• Verbesserung der Enzymstabilität

Wenn Ile3 von T4-Lysozym in Cys geändert und dann oxidiert wird, um eine Disulfidbindung mit Cys97 zu bilden, hat das Enzym weiterhin katalytische Aktivität, aber seine Stabilität wird erheblich verbessert.

• Änderung der Substratspezifität

Zum Beispiel wird die Selektivität des Enzyms gegenüber dem Substrat verbessert, nachdem Gly216 oder Gly226 im Trypsin-Substratbindungsbereich in Ala geändert wird. Unter ihnen erhöhte das mutierte Enzym Ala216 das Kcat/Km des Arg-haltigen Substrats, und Ala226 erhöhte das Kcat/Km des Lys-haltigen Substrats.

• Änderung des optimalen pH-Werts des Enzyms

Nachdem das Subtilisin Met222 an Lys angepasst wurde, stieg sein optimaler pH-Wert von 8,6 auf 9,6.

• Änderung der Anforderungen des Enzyms an Coenzyme

Zum Beispiel neigt der doppelte Mutant der Dihydrofolatreduktase (Arg44 wird in Thr geändert; Ser63 wird in Glu geändert) mehr zu NADH2 als zum ursprünglichen NADPH2.

• Änderung der allosterischen Regulationsfunktion des Enzyms

Zum Beispiel wird das Enzym von Aspartat-Transcarbamylase (ATC) seiner allosterischen Regulation beraubt, nachdem Tyr in Ser geändert wurde.

• Änderung anderer Eigenschaften des Enzyms

Wie die Modifikation der Redoxfähigkeit von Metalloenzymen und die Modifikation der Struktur bestimmter Enzyme, sodass einige spezifische Inhibitoren effektiv am Zielort wirken können.

Strukturelle Veränderungen von mutierten Enzymen

• Aminosäureaustausch

Aminosäureaustausch kann oft dasselbe Ziel der Verbesserung der thermischen Stabilität von Proteinen erreichen.

1. Import disulfide bonds.

Proteins containing disulfide bonds are generally not easy to fold and have high stability, and this protein is not easy to denature even in organic solvents or abnormal physiological conditions. When disulfide bonds exist, the thermal stability of the enzyme is improved, and the more disulfide bonds, the more stable the enzyme.

2. The conformation of the peptide chain changes.

Local changes in the peptide chain conformation may lead to protein inactivation, thereby improving the thermal stability of the protein.