米曲霉中草甘膦降解酶分离纯化及高盐对其空间结构的影响

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本文选用课题组前期筛选得到的降解草甘膦的米曲霉菌株Aspergillus oryzae FUJX 001为试验菌株,对其进行诱导产草甘膦降解酶发酵培养,比较三种方法所提取的粗酶液中蛋白质含量及酶活;在最适提取条件下获得的粗酶液分别进行不同饱和度的硫酸铵沉淀,以确定最佳的饱和度;粗酶液经硫酸铵沉淀再经柱层析纯化;研究草甘膦降解酶的性质以及底物和NaCl对酶结构的影响。主要研究结果:(1)提取草甘膦降解酶粗酶液的方法研究。分别采用冰浴超声波破碎法、液氮研磨法及液氮研磨与冰浴超声组合法处理菌丝体。冰浴超声获得的粗酶液中蛋白质浓度为0.006 mg/mL、酶活为0;液氮研磨获得粗酶液中蛋白质浓度为0.049mg/mL,比酶活达9.53 U/mg;经过液氮研磨结合超声波处理提取的粗酶液中蛋白质浓度为0.052 mg/mL,比酶活达9.29 U/mg,最终选择液氮研磨法获取粗酶液。(2)硫酸铵沉淀最适饱和度及柱纯化研究。分别进行不同饱和度的硫酸铵沉淀粗酶液,当硫酸铵饱和度为80%时,蛋白沉淀效果最佳,其蛋白质回收率为86.0%,酶活回收率84.03%,比酶活为10.54 U/mg。再进一步经过Sephadex G-150、Sephadex G-50及DEAE-Sephadex A-50柱层析纯化,蛋白质回收率分别为31.65%、17.98%、13.12%,酶活回收率分别为51.84%、43.40%、36.21%,比酶活分别为17.66 U/mg、26.03 U/mg、29.76 U/mg,纯化倍数分别为1.64、2.42、2.76倍。柱层析纯化所得的酶做SDS-PAGE电泳显示为单一条带,分子量约34.7KDa。(3)草甘膦降解酶的最适反应温度、热稳定性、最适反应pH值和耐酸碱性研究。结果表明,草甘膦降解酶最适反应温度为37℃,在2037℃的热稳定性较好,相对酶活保持在90%以上,超过40℃,酶活迅速下降;该酶的最适反应pH为7.0,在pH6.08.0范围内,该酶有较好的耐受性,其相对酶活保持在85%以上;底物专一性研究表明,最适反应底物浓度为1 g/L。(4)pH值、温度和NaCl对草甘膦降解酶空间结构影响的表征。温度和pH对酶二级结构构象比例的影响程度不同。在pH7.0时,α-螺旋和β-折叠结构的比例均最大,酶活也最大,随着酸性或碱性的增强,酶活下降的同时,α-螺旋和β-折叠结构的比例呈现减少的趋势;在高温情况下,酶活随温度升高而降低,β-折叠结构比例大幅度的减少,表明蛋白分子内氢键作用力减弱,蛋白分子结构由有序变得无序。强酸、强碱和高温条件下,可能是通过破坏酶分子内氢键作用力,使蛋白二级结构中各部分比例发生变化,从而使酶活力受到不同程度的影响。与底物结合后草甘膦降解酶的全波段最大吸收强度有减少的趋势,吸收峰出现蓝移现象;荧光强度减弱且λmax伴随稍微的红移现象;二级结构发生一定程度的变化,其中β-折叠所占的比例有所增加,无规则卷曲构象所占比例微弱下降。且短时间内其特性均趋于稳定,说明酶与底物结合瞬间达到稳定状态。NaCl溶液使其紫外吸收强度减弱,吸收波长蓝移;荧光强度增强且λmax伴随微弱的蓝移;二级结构中β-折叠比例降低和无规则卷曲比例增加,这可能是NaCl的存在影响分子所在的微环境及发色基团和荧光基团等,高盐离子的引入增加了蛋白质二级结构各部分间的排斥作用,增强了蛋白质变性程度,增加了分子结构的无规则卷曲。此外,底物及NaCl影响了草甘膦降解酶分子中部分化学键的伸展方式,使其红外吸收波长发生迁移。
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