腈水合酶（NHase）是一类能够催化腈类化合物生成酰胺的金属酶，可催化己二腈转化生成5-氰基戊酰胺（5-CVAM）和己二酰胺。其中，5-CVAM是一种高附加值的双官能团有机化工中间体，既是合成低毒、环保型除草剂唑啶草酮的关键前体，也是通过催化加氢生产尼龙-6单体己内酰胺的重要原料。然而，野生型NHase面临对己二腈选择性差、酶催化活性和区域选择性不理想等问题，难以满足高价值精细化学品合成的要求。

化工海洋与生命学院梁长海教授团队前期发现并改造了一种对脂肪族二腈具有显著底物选择性的腈水合酶（ReNHase），并通过优化RBS序列促进了该酶α/β亚基的平衡表达，使ReNHase酶的比活力提高近12倍（ChemBioChem 2024, 25, e202400526；中国专利ZL 202310433598.2）。但团队同时发现，催化效率的大幅提升导致对5-CVAM的区域选择性下降，造成副产物己二酰胺大量累积。

为此，梁长海教授团队采用半理性设计策略，预测并筛选了位于ReNHase酶底物通道与结合口袋的关键残基，剔除高度保守及活性相关位点后构建突变体文库，筛选出了能够显著抑制副产物生成并促使目标产物5-CVAM富集的突变体酶。经酶动力学表征，团队锁定调控己二腈水合区域选择性的关键氨基酸βTyr72，获得对5-CVAM区域选择性分别达96%和100%的突变体βY72A与βY72C。进一步通过底物通道构象、结合口袋体积、分子对接及分子动力学模拟，解析了两种突变体提升区域选择性的结构基础，揭示了βTyr72作为“开关”残基，在调控ADN水合反应的区域选择性与催化活性方面发挥关键结构作用。

该研究成果发表于生物学领域知名TOP期刊《International Journal of Biological Macromolecules》。论文第一作者为博士生郭祎，通讯作者为梁长海教授与王黎副教授。基于该突变菌株的5-CVAM生物制造放大验证工作正在大连理工大学成都研究院推进。

上述研究工作得到辽宁省“兴辽英才计划”(XLYC1908033)、中央高校基本科研业务费专项基金(DUT2021TD103, DUT23YG121)以及大连理工大学成都研究院的资助。

期刊背景：《International Journal of Biological Macromolecules》是Elsevier旗下生物学领域国际权威期刊之一，聚焦蛋白质、碳水化合物、核酸、木质素等天然大分子的结构、功能、修饰与应用。该期刊属于中国科学院大类分区2区，JCR Q1，影响因子为8.5。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2026.151582

审核：王天舒