Defluviitalea phaphyphila是课题组从青岛沿海沉积物中分离得到的一株嗜热厌氧细菌，该菌株具有强大的多糖裂解酶体系，能够直接转化褐藻中的海藻酸钠等多糖，产生乙醇。研究人员首先对来自D. phaphyphila 的其中一个钙离子依赖型海藻酸钠裂解酶 AlgAT0进行了详细的酶学研究。研究表明，结合钙离子时，AlgAT0最适温度为75℃，半衰期长达4.5小时。而目前已有报道中，热稳定性最好的海藻酸钠裂解酶是来自 Nitratiruptor sp. SB115-2的裂解酶rNitAly，但它在67℃下的半衰期只有30分钟。
在此基础上，课题组研究了钙离子螯合氨基酸对AlgAT0高温适应性的影响。蛋白序列对比发现，AlgAT0用一个天冬氨酸替换了第238位的谷氨酸（图1）。既然天冬氨酸三个基团的解离常数都小于谷氨酸，所以研究人员大胆猜测，第238位的氨基酸替换很可能增强了酶对钙离子的螯合力。通过等温滴定量热仪（ITC）的实验，研究人员发现 AlgAT0对钙离子的亲和力确实强于突变体D238E。进一步的酶动力学研究发现，突变体D238E的底物亲和力发生下降，最适温度也相应的下降，但是热稳定性却变化不大。这表明AlgAT0通过第238位天冬氨酸对谷氨酸的替换来增强钙离子亲和力，并进一步的增强底物亲和力，以此来适应高温环境。该研究不仅从新的视角揭示了耐高温酶的高温适应性机制，还为耐高温酶的定向改造提供了新思路。
上述研究获得了国家自然科学基金、山东省自然科学杰出青年基金以及青岛市基础研究项目的支持。（文/图 王兵 马小清）
图1，A，不同离子AlgAT0活性的影响。B，钙离子提高AlgAT0最适温度。红色，钙离子存在。黑色，无钙离子。C，部分蛋白序列对比图。AlgAT0替换第238位钙离子螯合氨基酸（蓝色三角形标示）。三角形指示钙离子螯合氨基酸，圆形指示催化氨基酸。
