Enhanced Thermostability of an l-Rhamnose Isomerase for d-Allose Synthesis by Computation-Based Rational Redesign of Flexible Regions

热稳定性 异构酶 化学 生物化学 立体化学
作者
Meijing Wei,Xin Gao,Wei Zhang,Chao Li,Fuping Lu,Lijun Guan,Weidong Liu,Jianwen Wang,Fenghua Wang,Hui‐Min Qin
出处
期刊:Journal of Agricultural and Food Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:71 (42): 15713-15722 被引量:8
标识
DOI:10.1021/acs.jafc.3c05736
摘要

d-Allose is a low-calorie rare sugar with great application potential in the food and pharmaceutical industries. The production of d-allose has been accomplished using l-rhamnose isomerase (L-RI), but concomitantly increasing the enzyme's stability and activity remains challenging. Here, we rationally engineered an L-RI from Clostridium stercorarium to enhance its stability by comprehensive computation-aided redesign of its flexible regions, which were successively identified using molecular dynamics simulations. The resulting combinatorial mutant M2-4 exhibited a 5.7-fold increased half-life at 75 °C while also exhibiting improved catalytic efficiency. Especially, by combining structure modeling and multiple sequence alignment, we identified an α0 region that was universal in the L-RI family and likely acted as a "helix-breaker". Truncating this region is crucial for improving the thermostability of related enzymes. Our work provides a significantly stable biocatalyst with potential for the industrial production of d-allose.
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