黑曲霉胞内β-葡萄糖苷酶的酶学性质研究

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β-葡萄糖苷酶是纤维素酶中重要的组成成分,能够将纤维二糖水解成葡萄糖。而纤维二糖的积累会对内切β-葡聚糖苷酶和外切β-葡聚糖苷酶产生明显的抑制作用,β-葡萄糖苷酶能够缓解这种抑制作用,所以β-葡萄糖苷酶是纤维素降解过程中的关键酶、限速酶。但是β-葡萄糖苷酶的水解产物葡萄糖,又会对β-葡萄糖苷酶产生明显的产物抑制作用。所以发现一种能够耐受葡萄糖抑制的β-葡萄糖苷酶是以后的研究方向。  黑曲霉在酶制剂方面有着重要的应用,有着高效的蛋白分泌系统。黑曲霉也是β-葡萄糖苷酶的高产菌株,能够产生大量的胞外β-葡萄糖苷酶,随着工业酶生产菌株CBS513.88和柠檬酸生产菌株ATCC1015测序工作的完成,我们将预测的β-葡萄糖苷酶基因挑选出来,通过对信号肽的预测,发现黑曲霉含有大量的胞内β-葡萄糖苷酶基因,根据葡萄糖的运输机制,推测胞内β-葡萄糖苷酶的耐受葡萄糖的能力可能要优于胞外基因。为了验证我们的想法,研究了黑曲霉部分胞内β-葡萄糖苷酶的性质,结果如下:  ⑴根据公布的黑曲霉基因组数据显示,预测含有15型β-葡萄糖苷酶,其中3型属于GH1家族,12型属于GH3家族。依据信号肽的有无,预测含有6型胞内β-葡萄糖苷酶,GH1含有1型,GH3含有5型。  ⑵以麸皮、麦秸杆、甘蔗渣(SEB)、纤维二糖、木糖、蔗糖为底物时,胞内β-葡萄糖苷酶的活性存在较大差异,其中能够诱导出较高活性的底物有麸皮、麦秸杆、甘蔗渣(SEB),而且酶活性随着诱导时间的延长而增加。以木糖和蔗糖为底物时,胞内β-葡萄糖苷酶的活性很弱。以纤维二糖为底物时,酶活性不如自然底物时诱导的明显,但明显比木糖的诱导能力突出。  ⑶对于用以上六种碳源进行诱导时,GH1的表达量始终是最高的,GH3-12的表达量最低。GH1和GH3-12的表达模式非常相近,都能够快速的响应麦秸杆,且以纤维二糖为底物时,表达水平随着时间的延长表达量降低。其余四种β-葡萄糖苷酶的表达很相近。  ⑷在扩增GH1家族的基因时,出现了两种不同的转化子,其中一个比正常基因缺失72bp,而且不是随机出现的情况,比例约占1/3,通过同源比对,这72bp结构为蛋白外层的两个α-螺旋之间的连接结构,功能未知。将胞内bgl在原核中表达,可以得到大量表达,但大部分是以包涵体的形式存在,通过把诱导物IPTG和降低温度相结合的方法,上清中获得了少量可溶性蛋白,即使有可溶性蛋白,也是没有活性的蛋白  ⑸在毕赤酵母中进行分泌表达,在上清中不能发现目的条带,但是可以测量到相应的酶活,通过粗酶对pNPG的活性来研究胞内BG的酶学性质,发现最适pH在6.6附近,偏中性,最适温度在50℃,在55℃时基本没有活性。通过HPLC对产物的分析发现,对纤维二糖水解活性最明显的是GH1-4。GH1-4和GH1-7相比,对纤维二糖的水解活性下降非常明显。粗酶液对纤维二糖反应时没有表现出转糖苷的活性。  ⑹在毕赤酵母胞内表达黑曲霉胞内BG,玻璃微珠破碎,经过Ni+初步纯化之后,能够看到微弱的条带,与分泌表达相比,酶活大幅度提高。以pNPG为底物时GH1-4,GH1-7,GH3-12纯酶的最适pH在6.6-7.0,pH在4.6时基本丧失活性,最适温度都在50℃。胞内BG对pH不敏感,在最适pH的半衰期将近300min,但是胞内BG对温度比较敏感,而且GH1-7对温度非常敏感,半衰期只有60min,其余半衰期210min。以pNPG为底物时,GH1-4,GH1-7,GH3-12的Km分别为0.277、0.434、0.361mM,对pNPG的亲和性GH1-4要高于GH1-7和GH3-12,葡萄糖对GH1-4,GH1-7,GH3-12的抑制常数分别为165、138、170mM,对葡萄糖具有明显的耐受作用。
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