半纤维素糖抑制纤维素酶解的分子机制研究：基于界面实验与计算模拟的协同解析

这篇研究通过实验与计算模拟相结合的方法，揭示了半纤维素糖（木糖和甘露糖）对纤维素酶解的抑制机制。研究发现，结晶纤维素的水解抑制主要源于CBHI（外切纤维二糖水解酶I）的 productive association（有效结合）和 processive movement（持续性移动）受阻，分子动力学模拟证实木糖通过氢键和疏水作用稳定结合在CBHI底物通道中。该研究为设计高效纤维素酶和优化生物精炼工艺提供了理论依据。

　　

Highlight

半纤维素糖（木糖和甘露糖）对纤维素酶解的抑制作用主要体现在结晶纤维素区域，而CBHI的水解性能是决定抑制程度的关键因素。

Enzymatic hydrolysis of crystalline cellulose is more significantly inhibited by xylose and mannose than amorphous cellulose

多项研究评估了木糖和甘露糖对纤维素水解的抑制作用，但大多聚焦于纤维素酶活性本身，而忽略了底物特性的影响。本研究发现，结晶纤维素（如Avicel）的水解效率受半纤维素糖抑制的程度显著高于无定形纤维素（AC）。通过对比两种底物的水解动力学，证实结晶区致密的氢键网络和CBHI的 processivity（持续性）是抑制效应的核心靶点。

Conclusion

半纤维素糖对纤维素酶解的抑制机制主要源于其对结晶区水解的干扰，而CBHI的 productive binding（有效结合）和 processivity（持续性移动）是决定整体水解效率的关键环节。界面实验与理论模型一致表明，木糖通过占据CBHI的底物结合隧道并引发构象变化，最终导致酶-底物相互作用效能下降。分子动力学模拟进一步揭示了木糖与CBHI催化域之间稳定的氢键和疏水相互作用网络，为理性设计抗抑制纤维素酶提供了结构基础。