玉米烯酮（zearalenone，ZEN）是一种由多种镰刀菌属真菌产生的次级代谢产物，属于霉菌毒素。它主要污染小麦、玉米、大麦等农作物和饲料，具有类雌激素活性，能引起种猪等家畜或家禽早熟，导致生殖周期紊乱，给养殖业带来巨大损失。玉米烯酮水解酶可作为添加剂添加到饲料中降解玉米烯酮毒素，具有重要的商业应用价值。然而，此前尚无水解酶作用机理的相关报道。
中科院天津工业生物所郭瑞庭团队与台湾大学生物科技所刘嚞睿团队合作，通过X-光蛋白晶体衍射技术首次获得了来源于粉红粘帚霉菌的玉米烯酮水解酶ZHD的结构及其突变体ZHD-S102A与底物ZEN的复合体结构。结构分析确定ZHD催化三联体为：S102、H242和E126，其中S102的羟基O作为亲核基团攻击底物ZEN内酯环上的羰基C，引发水解反应。ZHD单体由9个α-螺旋和8个β-折叠组成，分为α/β水解酶折叠中心结构和帽子结构两个结构域，连接处形成一个大凹槽，即底物结合中心。底物结合中心分为正电荷区和疏水区，底物主要通过疏水作用和氢键与酶分子结合，苯环部分结合在正电荷区，内酯环部分结合在疏水区。此外，ZHD单体中的3个半胱氨酸各自独立，分子内未形成二硫键。
本研究成功解析了玉米烯酮水解酶ZHD的结构，揭示了其催化反应机理，并基于结构进行了氨基酸定点突变研究，为提高ZHD与底物的结合能力和催化能力提供了重要指导，为玉米烯酮水解酶的产业化应用奠定了理论基础。
研究成果已被RSC Advances接收。天津工业生物所与天津科技大学联合培养硕士生彭卫和台湾中研院生化所柯子平博士为共同第一作者。该研究得到国家自然科学基金、863和973计划项目的资助。
文章链接：http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2014/ra/c4ra12111b
ZHD 反应机理和复合体结构
玉米烯酮的电子云密度图