两个糖苷水解酶基因克隆及功能分析

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(α/β)8桶结构是糖苷水解酶13(GH13)家族的典型特征,糖苷水解酶13家族的酶能够催化多种共价键底物以及转糖基反应[1,2],其中α-淀粉酶催化淀粉和相关α-葡聚糖内部α-1,4糖苷键[3]生成单糖或麦芽低聚糖;海藻糖合酶Tre S将麦芽糖分子内部的α-1,4糖苷键扭转为α-1,1糖苷键合成海藻糖[4],在工业应用上有广阔的前景。本文从Myxococcus sp.V11和淡紫灰链霉菌Streptomyces lavendulae X33分别克隆出一个麦芽糖基海藻糖水解酶编码基因和海藻糖合酶编码基因,构建表达载体,在大肠杆菌(E.coli)表达系统中表达,通过镍柱亲和层析纯化重组酶,并用DNS法研究酶学特性,利用HPLC检测反应产物,利用定点突变改造基因。麦芽寡糖基海藻糖水解酶Mthase的核酸序列为1869 bp,所编码的蛋白为68KDa;通过HPLC检测重组酶Mthase水解玉米淀粉后生成的产物,实验结果表明麦芽六糖是主要产物,且生成少量的葡萄糖和麦芽糖;麦芽寡糖基海藻糖水解酶Mthase最适反应温度为40℃,属于中温酶;大部分的二价金属离子对重组酶Mthase具有强烈的抑制作用;Triton X-100对重组酶Mthase有轻微的促进作用,相对酶活为107.21%;重组酶Mthase的Km为14.28mg/m L,Vmax为8.88μmol/min。对麦芽糖基海藻寡糖水解酶Mthase进行活性中心的改造,并通过观测酶学性质验证活性中心位点,通过实验验证重组酶Mthase的三联体活性中心由Asp256-Glu291-Asp386组成。利用定点突变将重组酶Mthase的Leu362和Tyr436分别突变为Glu362和phe436,突变重组酶Mthase(Y436F),和野生型重组酶Mthase的最适反应温度一致,均为40℃;突变重组酶Mthase(L362E)的最适反应温度为35℃;突变重组酶Mthase(Y436F)的最适反应p H为7.0,野生型重组酶Mthase的最适反应p H为6.5;突变重组酶Mthase(L362E)的最适反应p H7.5,在最适反应条件下重组酶Mthase(Y436F)、突变重组酶Mthase(L362E)、野生型重组酶Mthase的比酶活分别为2.78 U/mg、0.38U/mg、3.75 U/mg。突变重组酶Mthase(Y436F)在p H3.0-5.0之间的稳定性高于野生型重组酶Mthase。海藻糖合酶Slts基因序列长度为1716 bp,所编码的蛋白66KDa;利用HPLC检测重组酶Slts与麦芽糖反应产物,分析得重组酶Slts利用麦芽糖合成海藻糖。重组酶Slts在最适条件下酶活为67.6 U/mg,最适反应温度为20℃,属于低温酶;重组酶Sl Ts酶活性受到Ni2+、Zn2+、Cu2+的强烈抑制,Ca2+对重组酶Slts活性有激活作用,其酶活达到115%,EDTA对重组酶Slts活性无显著影响。
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