Cellulosimcirobium cellulans F16产生的去糖基酶Xyl_S的催化机理与结构-功能关系研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:simsuns
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自然界中很多糖苷化合物的苷元都具有重要药理活性,但苷元的制备困难极大地限制了基于该类化合物的创新型药物研发。目前已有的去糖基酶都是从自然界中筛选得到的,其活力和选择性难以满足需求,而对该类酶的理性设计和制备仍严重缺乏理论依据。本课题以C.cellulans F16产生的新型去糖基酶XylS为研究对象,通过其催化反应类型、关键催化结构域及相邻菌种产酶差异三个方面研究其催化机理及结构功能关系。主要研究结果如下:(1)XylS酶是一种铜依赖性酶,催化反应过程中,氧气含量减少会使酶催化效率明显降低。此外,催化反应过程中还有过氧化氢产生,反应产物为非水解型产物。上述结果表明,XylS酶催化的反应类型为氧化反应,且该酶很可能是铜依赖性酶——裂解多糖单加氧酶。(2)对XylS的推测蛋白M76806655进行分析,获得全长Full-M76806655和截短Short-M76806655两组氨基酸序列,并对其核酸序列进行优化,构建质粒。将获得的质粒转入表达载体,进行蛋白质的诱导表达、分离纯化及功能验证。结果显示,全长序列Full-M76806655因为氨基酸序列过长,分子量较大导致表达失败。截短序列Short-M76806655表达成功,但是没有相应的功能,主要原因很可能是截取的两个功能域ThuA(pfam06283)和GSDH(pfam07995)或者两个功能域的组合不是XylS的关键催化结构域。(3)C.funkei JCM 14302和C.terreum JCM 15619产生的多酶复合物与C.cellulans F16的具有相似的β-木糖苷酶活性,产生的多酶复合物粒径分别为128.5nm和114.3nm,比C.cellulans F16的78.3nm大。此外,C.funkei JCM 14302和C.terreum JCM 15619产生的多酶复合物表现出明显的β-D-木糖苷酶,α-D-葡萄糖苷酶,β-D-葡萄糖苷酶,β-D-纤维二糖苷酶和较弱的α-D-甘露糖苷酶,β-D-半乳糖苷酶和β-D-葡萄糖苷酸酶活性,而未检测到α-D-半乳糖苷酶,α-L-鼠李糖苷酶,α-L-岩藻糖苷酶以及内切纤维素酶活性,与C.cellulans F16产生的多酶复合物相比,C.terreum JCM 15619产生的多酶复合物还表现出类似的甘露糖苷酶和木聚糖内切酶活性,并且β-D-葡萄糖苷酶活性明显更高,而C.funkei JCM 14302的α-甘露糖苷酶活性非常弱。C.funkei JCM 14302,C.terreum JCM15619和C.cellulans F16产生的多酶复合物共有至少四种类型的保守亚基,包括肽酶,糖磷酸异构酶/表异构酶,海藻糖利用寡糖脱氢酶和寡糖脱氢酶与碳水化合物结合模块,并且具有同一个保守的基因簇,一个表达的蛋白质,这表明了该蛋白质对于产生多酶复合物是必不可少的。本课题的研究成果,不仅揭示了XylS酶的催化反应类型及其可能的所属酶家族,还排除了XylS的非关键催化结构域,并找到了C.cellulans F16与同一家族两个菌种在产酶上的异同,推动了XylS酶的研究进展,同时也为具高活力、高选择性和良好稳定性的理想糖基去除酶的开发提供了一定的指导。
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