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本文将GenBank中公布的丁酸梭菌(Clsotiridium butyriucium,C. but)中不依赖于辅酶B<,12>的新型甘油脱水酶(GLycerol Dehydratase,GD)的氨基酸序列作同源搜索,发现包括深红螺菌(Rhodospirillum rubrum,R.rub)中被注释为丙酮酸甲酸裂解酶(Pyruvate formate-lyase,PFL)在内的丙酮酸甲酸裂解酶家族与之高度相似,氨基酸序列同源比对及对大肠杆菌PFL和丁酸梭菌中GD晶体结构比对结果表明,催化相关功能区序列保守、晶体结构相似、催化机理类似。
以深红螺菌Rhodospirillum rubrum DSM467的基因组DNA为模板克隆了被注释为PFL的基因pflB及其激活因子(Pyruvate Formate-lyase Activating Enzyme,PFL-AE)的基因pflA,分别连入pMD18-T载体测序,结果表明与GenBank中公布序列同源性分别为99.9%和100%。生物信息学分析表明,克隆到的核苷酸序列翻译成的氨基酸序列,具有GD和PFL催化功能相关保守区域。推定深红螺菌中PFL具有类似于大肠杆菌PFL或者具备丁酸梭菌中GD相似的催化功能。
将成功克隆的pflA和pflB分别插入表达载体pET-30a(+)中,构建了重组表达载体pET30a-pflA和pET30a-pflB,进而构建多顺反子pET30a-pflAB。pET30a-pflB和pET30a-pflAB在E.coli JM109(DE3)中诱导表达后经SDS-PAGE检测证明工程菌上清液中都含有93kDa的表达蛋白。对含重组质粒的工程菌诱导表达后的上清液分别进行GD和PFL的功能测定,结果表明上清具有PFL酶活。
基于生物信息学分析,推定深红螺菌中PFL具有类似于大肠杆菌PFL的甘氨酰自由基催化机理,推断其Gly432和Cys433参与活性中心的形成。通过反向长距PCR技术构建了G432A、C433A和G432A/C433A定点突变突变体,突变体丧失丙酮酸甲酸裂解酶的活性,初步鉴定了深红螺菌中PFL活性中心氨基酸残基,验证了推断的催化机理。