来源于Bacillus sp. GL1的α-L-鼠李糖苷酶的催化特性及功能研究

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黄酮类化合物及其衍生物具有多种生理功能,近年来利用微生物酶的转化作用对黄酮类化合物进行修饰受到了人们的广泛关注,α-L-鼠李糖苷酶可切割某些黄酮类化合物的末端鼠李糖,相应的产物比黄酮类物质具有更高的溶解性及药理活性。本论文克隆了来自Bacillus sp.GL1中的α-L-鼠李糖苷酶基因,对其进行了异源表达及酶学性质的研究;同时检测了重组酶对几种黄酮类化合物的转化作用,以期为α-L-鼠李糖苷酶的应用提供实验依据;本文还根据结构域分析结果构建了删除碳水化合物结合模块(CBM结构域)的突变体,探讨了CBM结构域对a-L-鼠李糖苷酶功能的影响。主要实验结果如下:(1)利用基因合成技术合成了Bacillus sp.GL1来源的α-L-鼠李糖苷酶基因rhaA,构建了重组质粒pMAL-c2x-rhaA,在E.coli Rosetta宿主内表达成功后,通过亲和层析获得重组酶RhaA。对重组酶的酶学性质进行了检测,结果显示RhaA分子量为98 kDa,最适反应温度为40℃,最适pH值为pH 7.0,该酶在4℃-40℃和pH 6.0-11.0的范围内稳定性较好。1%甘油对酶活力有一定的促进作用,与对照组相比提高了约10%;1%和10%的甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、Tween-80、Triton X-100对酶活力有抑制作用;1 mM和10 mM的乙酰丙酮、琥珀酸酐、氯胺-T、PMSF、DTT也抑制酶活性。Mn2+和Ca2+对酶活性有显著的促进作用,Na+、K+、Mg2+、Fe3+、Fe2+、Co2+、Zn2+和Cu2+对RhaA活性均呈现一定的抑制作用,终浓度10 mM的Cu2+对酶活性的抑制作用达到了100%;终浓度为1 M的NaCl使RhaA的活性残余50%左右,0-1.5 M的KCl使RhaA的活性维持在60%以上,K+对RhaA活性的影响要低于Na+;终浓度为1 M的L-鼠李糖使RhaA的活性维持在50%左右,2.5 M的L-鼠李糖使RhaA活性保持在原活性的25%左右。(2)检测了RhaA对柚皮苷和芦丁的转化作用。结果显示RhaA能够转化柚皮苷生成鼠李糖和普鲁宁,转化芦丁生成鼠李糖和异槲皮苷。RhaA转化的最适反应温度和pH值分别为40℃和pH 7.0;在酶浓度约为1500 U/mL时,芦丁和柚皮苷最适的反应时间分别为24 h和36 h。实验结果显示酶对α-1,6糖苷键的芦丁的转化能力优于α-1,2糖苷键的柚皮苷;RhaA不能水解人参皂苷Re,说明母环结构会影响酶与底物的作用。(3)根据RhaA的结构域分析结果,构建了CBM结构域缺失的突变体RhaA-CD,并对其活性及底物特异性进行了检测。结果显示RhaA-CD的比酶活为103.02 U/mg,低于RhaA的比酶活659.77 U/mg,同时酶的底物特异性也发生变化,RhaA-CD除了对pNPαRha具有活性外,对pNPαGlu、pNPαArab、pNPβGal、pNPβFuc、pNPβGluA、pNPβCel也呈现出微弱的降解活性,而且RhaA-CD不能转化柚皮苷和芦丁,说明CBM结构域可能通过影响酶与底物的相互作用而对酶的活性及底物特性产生影响。另外,我们还借助pMAL-c2x载体的MBP融合蛋白对CBM结构域进行了替代,研究N端序列对RhaA的影响是否与CBM结构域的序列相关,结果显示MBP融合蛋白使RhaA-CD的活性提高至345.75 U/mg,但仍低于RhaA的比酶活,底物特异性方面也发生了明显变化,说明RhaA的N端序列对酶的活性及底物特异性具有重要影响,这种影响与序列的氨基酸组成相关。
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