近期我校生物工程学院工业生物技术教育部重点实验室夏小乐教授团队在蛋白质谷氨酰胺酶改造与应用研究取得新进展，研究结果“Protein-glutaminase engineering based on isothermal compressibility perturbation for enhanced modification of soy protein isolate”封面正式发表于Journal of Agricultural and Food Chemistry (Top期刊、SCI一区期刊，IF=5.895) (https://doi.org/10.1021/acs.jafc.2c06063)。
植物蛋白来源广泛、价格低廉是食品行业使用蛋白质的首选。然而，许多植物蛋白富含谷氨酰胺和天冬酰胺，通过疏水或氢键相互作用导致蛋白质分子的聚集和沉淀，使溶解度降低，从而影响植物蛋白的起泡性、乳化性以及凝胶特性等，限制其在食品领域的应用。蛋白质谷氨酰胺酶特异性地作用于蛋白的谷氨酰胺残基，产生谷氨酸并释放氨，而不影响游离天冬酰胺和谷氨酰胺，已广泛应用于植物蛋白的改性和加工。然而，天然的蛋白质谷氨酰胺酶因其低稳定性和活性难以满足工业需求，因此，提高蛋白质谷氨酰胺酶的稳定性和活性是亟待解决的问题。对蛋白质谷氨酰胺酶改造主要面临两个挑战：（1）缺乏高效的定向改造技术提高其稳定性和活性；（2）蛋白质谷氨酰胺酶在复杂的食品加工环境（如高剪切和高压）下的适应性机制不明确。
针对上述问题，夏小乐团队开发了一种基于等温压缩系数（βT）微扰工程（ICPE）策略，结合高压分子动力学模拟，理性筛选“高波动”区域，利用算法互补的自由能计算软件（FoldX和I-Mutant 2.0）筛选潜在的有益单点突变体，结合贪婪算法构建组合突变体，从而得到高适应性的蛋白质谷氨酰胺酶。此外，系统地分析了蛋白质谷氨酰胺酶在复杂加工条件下的催化机理，为蛋白质谷氨酰胺酶的应用提供了理论依据，同时该策略也为其他酶的体外重新设计提供了平台。
图形摘要
夏小乐教授为论文通讯作者，江南大学2020级博士生郑楠和龙梦飞助理研究员为共同第一作者。上述研究得到了国家重点研发计划（2021YFC2104001）、江苏省研究生科研与实践创新计划（KYCX22_2363）、中国博士后科学基金（2022M711368）、中央高校基本科研业务费专项资金（JUSRP122037）和江苏省自然科学基金（BK20221081）等项目资助。
近年来夏小乐教授团队在生物大分子元件改造及在食品大健康领域的应用取得了丰硕成果，相关研究发表在Trends in Food Science & Technology（2020，IF= 16.002）、Biosensors and Bioelectronics（2022，IF=12.545）、Critical Reviews in Food Science and Nutrition（2022，IF= 11.208）、Journal of Agricultural and Food Chemistry（2022，IF=5.895）等本领域权威期刊。
