ACS Catalysis理学院万群课题组揭示糖苷水解酶的活性受到不同酸碱度调节的机理
南京农业大学万群教授团队近日在ACS Catalysis发表了研究论文“Understanding the pH-Dependent Reaction Mechanism of a Glycoside Hydrolase Using High-Resolution X-ray and Neutron Crystallography”（影响因子11.384）。南京农业大学为第一完成单位，南京农业大学理学院万群教授为第一通讯作者，集美大学黄艳东老师为共同通讯作者，南京农业大学理学院博士生李治宏为第一作者，研究生张晓帅为共同第一作者。该论文在原子水平揭示了糖苷水解酶的活性受到不同酸碱度调节的机理。
糖苷水解酶有一百多个家族成员，在自然界中广泛存在。糖苷酶高效地断裂多糖或寡糖中的糖苷键，每年在环境中可以降解几十亿吨的碳水化合物，在造纸、食品、饲料、生物能源等方面都有大量的应用。同时，糖苷酶也是一些抗生素、病毒抑制剂和糖尿病的靶蛋白。了解糖苷酶的作用机理，对于改造得到耐高温、耐酸碱的工业酶和设计新型的药物分子，具有理论指导意义。
糖苷酶通过广义的酸碱催化来断裂糖苷键，酶蛋白活性中心的一个谷氨酸侧链作为广义的碱从水分子获得一个质子后，再转换角色成为广义的酸，将这个质子提供给糖苷键中的氧原子，从而断裂糖苷键。万群课题组通过高分辨率的X-光和中子衍射晶体学方法，结合全原子分子动力学模拟，发现谷氨酸的催化活性受到不同酸碱度的调节：在酸性条件下，其侧链处于向下位置，并从水分子中获得质子；在碱性条件下，其氨基酸侧链旋转56度，处于向上位置，并提供质子完成催化；在最适酸碱度环境，该氨基酸侧链的旋转活性达到最大，从而达到最高的催化活性。
万群课题组在国内首次利用中子衍射技术直接观测到糖苷酶催化过程中质子的动态穿梭，在PNAS、ACS Catalysis等杂志发表多篇高水平研究论文。该成果对于深入研究糖苷酶的催化反应机理提供了实验和理论基础。