Cel7D催化模块黄孢原毛平革菌作为手性选择剂：其与β受体阻滞剂配合物的结构研究(R（右）)-普萘洛尔

纤维素水解需要两种不同类型的纤维素酶：胞外酶和胞内酶。在这里，我们研究了两种纤维素酶对纤维素的水解作用，一种来自白色瘤胃球菌的内切葡聚糖酶（Cel5）与甾体梭菌（Clostridium stercorarium）的木聚糖酶A纤维素结合域II（CBM6）融合，另一种是梭形热双歧杆菌E3（Thermobifidus fusca E3），一种外切葡聚糖酶类（Cel6B）。以天然苜蓿纤维素为底物时，Cel5-CBM6或Cel6B的可溶性糖产量与培养时间呈线性关系。Cel5-CBM6比Cel6B产生更多的可溶性糖，通过两种酶的混合物水解纤维素产生的可溶性糖远远超过这些酶各自产生的总糖量（22%）。虽然Cel5-CBM6能溶解苜蓿纤维素中的大量糖，但它并没有显著降低其结晶度，而Cel6B使纤维素的结晶度降低了34%。当两种纤维素酶结合时，结晶纤维素的含量减少了50%以上。酶金标记实验表明，这两种酶对所有底物都表现出很高的亲和力。此外，酶结合位点的同时可视化揭示了天然木质纤维素材料中的优选底物。当植物纤维素与Cel5-CBM6预孵育时，金标记的密度大大增加，这表明木质纤维素材料对Cel5-CBM6的初步暴露可能增强了底物对Cel5-CBM6和Cel6B的可及性。这一结果为水解过程中观察到的内/外纤维素酶协同作用提供了合理的解释。

纤维素酶的分泌混合物能够有效地将纤维素生物量降解为大规模的可发酵糖。Cel7A，即纤维二糖水解酶I，来自糖苷水解酶家族7，是该过程的主要酶。然而，Cel7A的热稳定性限制了其在温度不高于50°C的工艺中的使用。为了能够使用更高的加工温度和提高工业生物质转化的经济可行性，需要增强热稳定性。在这里，我们通过定向进化增强了Cel7A的热稳定性。结合热稳定性增强的位点，获得Cel7A变异体（FCA398），与野生型酶相比，该变异体的半衰期增加10.4°C，半衰期延长44倍。这种Cel7A变体包含18个突变位点，在至少75°C的应用条件下有效。催化结构域的X射线晶体结构在2.1º分辨率下测定，表明突变的影响是局部的，不会引起主链构象的变化。分子动力学模拟显示，野生型Cel7A和FCA398变体的催化域在300 K下表现出相似的行为，而在高温（475和525 K）下，FCA398变种波动较小，随着时间的推移保持更多的天然接触。结合结构和动力学研究，为许多突变位点的稳定作用建立了理论基础。

在纤维素水解的催化位点，纤维生物水解酶Cel7A以不同的选择性结合肾上腺素能β受体阻滞剂普萘洛尔的对映体。本文通过1H，1Ha和1H，13Cs的calar自旋-自旋耦合常数，并利用核O-verhauser效应（NOE）结合配体的分子动力学模拟，研究了普萘洛尔的甲基-羟甲基修饰，其导致更高的亲和力和改进的选择性，这表明存在着所有的反平面构象，除了含有被高斯效应覆盖的avicinal氧-氧排列的构象。对于核磁共振波谱研究的配体-蛋白质复合物，特别是使用转移NOESY和饱和转移差（STD）核磁共振实验，结果表明，与R异构体相比，S异构体与溶液中类似的高亲和力和构象结合。对于二羟基-（S）-普萘洛尔和Cel7A的晶体结构，还观察到普萘洛耳对映体的S型预先排列或与蛋白质结合。由于普萘洛尔的结合是entropyd riven，因此与二羟基纳洛奎的络合也被一个焓项所支持，例如对映体，即二羟基-（R）-普萘洛耳，因为氢键捐赠取代了天然底物葡萄糖基残基中羟基的相应键。除了有利的熵成分外，尽管其广度较小，这也代表了配体-蛋白质相互作用中焓-熵补偿的效果。