分子模擬技術(shù)在脂肪酶性質(zhì)及催化機理研究中的應(yīng)用進展

王 哲，王 普，黃 金

（浙江工業(yè)大學(xué)生物制藥研究所，浙江 杭州 310014）

脂肪酶（lipase，EC 3.1.1.3）是一種甘油酯水解酶，屬α/β折疊水解酶類。它廣泛存在于動物、植物和微生物細胞中。脂肪酶不僅可在油水兩相界面催化天然底物甘油酯的水解，還可在疏水介質(zhì)中催化酯化、轉(zhuǎn)酯化、酯交換等反應(yīng)。由于脂肪酶具有反應(yīng)活性高、立體選擇性強和穩(wěn)定性好等優(yōu)點，使其在食品、皮革、造紙、有機合成、油脂化工、洗滌劑、化妝品、醫(yī)藥以及生物柴油合成等諸多領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。近年來，有關(guān)脂肪酶催化機理研究已逐漸引起人們的關(guān)注。脂肪酶有別于酯酶、蛋白酶等其它α/β折疊水解酶的最顯著特征在于它的催化活性中心部位被一個或多個α-螺旋片段遮蓋（稱為“蓋子”結(jié)構(gòu)）。這種特殊結(jié)構(gòu)使得當(dāng)環(huán)境中存在油水兩相界面時，蓋子結(jié)構(gòu)打開，從而暴露出脂肪酶催化活性中心，發(fā)揮其催化功能（在行使催化功能時，脂肪酶的催化活性中心三元組中的組氨酸（His）從絲氨酸（Ser）上吸收一個質(zhì)子，使得Ser親核攻擊羰基上的碳原子，形成特殊的脂肪酶-底物復(fù)合物的四面體過渡態(tài) TS（tetrahedral transition state）（見圖1）。在整個過程中天冬氨酸（Asp）通過與組氨酸（His）形成氫鍵起到穩(wěn)定組氨酸位置的作用）。

隨著計算機技術(shù)、生物信息學(xué)和結(jié)構(gòu)生物學(xué)等研究領(lǐng)域的快速發(fā)展，利用分子模擬技術(shù)研究脂肪酶的結(jié)構(gòu)特點，在催化過程中的動態(tài)結(jié)構(gòu)變化進而理解其反應(yīng)機理和構(gòu)效關(guān)系，最終實現(xiàn)對脂肪酶的理性設(shè)計與改造已引起眾多學(xué)者濃厚的研究興趣[1-2]。……