换一批pH调控脲酶构象影响微生物诱导碳酸盐沉淀效能及模拟研究
Experimental and Computational Investigation of pH-Dependent Urease Conformational Dynamics and Its Impact on MICP Efficiency
摘要微生物诱导碳酸盐沉淀(microbially induced carbonate precipitation,MICP)技术的工程应用受限于脲酶在极端pH下的构象动态调控机制.本研究以巴氏芽孢杆菌脲酶α亚基为对象,结合电导率试验和恒pH分子动力学模拟,系统解析pH 3～11范围内活性位点构象动态及其对催化功能的影响.结果表明,中性条件(pH 7～8)下,关键组氨酸残基(HIS139/HIS249)位移最小(＜0.5 ?),氢键寿命最长(＞8 ps),构象稳定性(均方根偏差,root mean square deviation,RMSD:0.15～0.18 nm)和催化活性最高(电导率变化率0.03 mS/cm·min-1,碳酸钙沉淀量3.84 g);极端pH(pH 3/11)导致活性位点构象崩塌(位移达1.8 ?),催化功能丧失.分子动力学模拟揭示,中性环境通过维持活性位点空腔体积(约120 ?3)和中等构象相干性(相关系数～0.8)形成质子化依赖的协同变构网络.本研究创新性地阐明pH通过调控质子化状态介导脲酶构象动态的分子机制,为MICP技术在酸性尾矿修复和碱性土壤改良中的应用提供理论指导.
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关键词
微生物诱导碳酸钙沉淀脲酶诱导碳酸钙沉淀脲酶分子动力学microbially induced carbonate precipitation(MICP)enzyme induced calcium carbonate precipitation(EICP)ureasemolecular dynamics
分类号
Q937（微生物生物物理学）
栏目名称
DOI
10.13865/j.cnki.cjbmb.2025.05.1071
发布时间
2025-08-13（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）
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