玉米烯酮（zearalenone，ZEN）是霉菌毒素的一种，是由多种镰刀菌属真菌产生的次级代谢产物。玉米烯酮主要污染小麦、玉米、大麦等农作物和饲料，具有类雌激素的活性，能引起种猪等家畜或者家禽早熟，导致生殖周期紊乱，最终给养殖业带来巨大的损失。玉米烯酮水解酶可以作为添加剂添加到饲料中以降解玉米烯酮毒素，因此具有重要的商业应用价值。迄今为止，尚未见水解酶作用机理的相关报道。
中国科学院天津工业生物技术研究所郭瑞庭团队与台湾大学生物科技所刘嚞睿团队紧密合作，通过X-光蛋白晶体衍射技术首次获得了来源于粉红粘帚霉菌的玉米烯酮水解酶ZHD的结构及其突变体ZHD-S102A与底物ZEN的复合体结构。通过结构分析，该项研究确定ZHD催化三联体为：S102，H242和E126，其中S102的羟基O作为亲核基团攻击底物ZEN内酯环上的羰基C，并由此引发水解反应。ZHD单体结构有9个大的α-螺旋和8个β-折叠组成，可以分为两个结构域：α/β水解酶折叠中心结构和帽子结构。两个结构域的连接处形成一个大的凹槽，为ZHD的底物结合中心。研究进一步表明，底物结合中心可以分为正电荷区和疏水区两部分，底物主要通过疏水作用和氢键与酶分子结合，其间苯环部分结合在正电荷区，内酯环部分主要结合在疏水区。另外，ZHD单体中的3个半胱氨酸各自独立，分子内没有形成二硫键。该项研究通过对玉米烯酮水解酶ZHD结构的成功解析，揭示了该酶的催化反应机理，并根据ZHD的结构进一步进行了氨基酸定点突变的研究，其结果为提高ZHD与底物的结合能力和催化能力具有重要的指导意义，该研究成果为玉米烯酮水解酶的产业化应用提供了重要的理论支持。
研究成果已被RSC Advances接收。天津工生所与天津科技大学联合培养硕士生彭卫和台湾中研院生化所柯子平博士为本文共同第一作者。该研究工作得到国家自然科学基金、“863”和“973”计划项目的资助。