支链淀粉酶CDS1-3的功能鉴定以及结构分析和分子改造的研究

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科研领域一直致力于研究从各种途径来对支链淀粉进行降解,如支链淀粉酶的对大分子底物的作用机制、高酶活的支链淀粉酶产生菌的筛选、淀粉的水解工艺等方向。支链淀粉酶是一类能够催化淀粉等多糖化合物中的α-1,6-糖苷键水解的一类酶的统称。本研究旨在从对大分子底物的作用方式入手,研究支链淀粉酶对支链淀粉的作用机制,为支链淀粉酶的开发提供新的研究路径。  本文从实验室保存的基因文库中克隆出长度为1764 bp的支链淀粉酶基因cds1-3,并成功构建了重组菌DH5α/pSE380-cds1-3。通过镍柱亲和层析纯化、离子交换手段纯化得到纯的支链淀粉酶CDS1-3。该酶最适温度为50℃,最适pH为5.5。CDS1-3对不同底物的催化降解的效率差异较大,降解能力大小排序依次为:α-环糊精>可溶性淀粉>普鲁兰糖>木薯淀粉>支链淀粉。重组酶CDS1-3对O-环糊精的Vmax和Km分别为19.45μ mol/(min*mg)、1.63 mg/L;而对可溶性淀粉的Vmax和Km分别为20.23μ mol/(min*mg)、39.52 mg/L;以支链淀粉为底物时,Vmax和Km分别为37.95μ mol/(min*mg)、184.9 mg/L。重组酶CDS1-3与地衣芽孢杆菌α-淀粉酶协同作用降解小分子底物时存在负协同效应,降解大分子底物支链淀粉时则表现为正协同效应。通过对比发现,模式菌Thermus sp.IM6501所产支链淀粉酶与本研究中的支链淀粉酶CDS1-3氨基酸序列上高度相似,相似性为94.7%。但对大分子底物降解能力存在较大差异。CDS1-3是一个非常好的研究支链淀粉水解的出发蛋白质,以此为出发点,通过对支链淀粉酶CDS1-3进行同源建模、结构分析,最后选定位点Glu66、Pro48、Phe289进行突变。  采用核苷酸引物介导的定点突变对原始的支链淀粉酶CDS1-3进行分子改造。获得了三个突变体:E66G、P48H、F289A。其中只有E66G具有酶活。利用镍柱纯化和离子交换层析的方法得到纯的突变酶E66G。通过底物特异性分析及对突变酶E66G的底物特异性和与地衣芽孢杆菌α-淀粉酶协同作用的测定发现,与原始酶相比,突变酶在不同程度地提高了对不同大分子底物的降解能力。证明了第66位氨基酸是与大分子底物作用有关的关键氨基酸之一。
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