黑曲霉α-L-鼠李糖苷酶热稳定性定向进化的研究

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α-L-鼠李糖苷酶是一种糖苷水解酶,能够水解天然及合成的具有糖苷类的物质,在食品工业中有着重要应用。本研究以提高黑曲霉TS528中α-L-鼠李糖苷酶的热稳定性为目的,基于易错PCR对酶进行定向进化,筛选获得了热稳定性显著提高的突变酶D80N/V529A。对α-L-鼠李糖苷酶酶进行了二级结构预测和三级结构建模,通过定点突变的方法来探究该α-L-鼠李糖苷酶热稳定性有效改造位点。最后还研究了突变酶的酶学性质,以及水解果汁中柚皮苷的能力。主要结果如下:  (1)以本实验室构建成功的α-L-鼠李糖苷酶重组质粒(pPIC9K-rha)为模板,采用易错PCR的方法,建立库容量为2×105,阳性克隆率为92%的突变库。基于酵母异源表达产生胞外酶的原理,构建了96孔板筛选法,最终从3000个转化子中筛选得到了5株热稳定性改变的突变体。通过热稳定性研究发现,突变酶D80N/V529A在65℃条件下,热稳定性比原始型α-L-鼠李糖苷酶(WT)显著提高。另外四个突变酶的热稳定性显著降低,且均在600位氨基酸附近存在氨基酸突变,由此推测600位氨基酸附近区域为影响WT热稳定性的有效区域。  (2)为了研究α-L-鼠李糖苷酶的微观结构的变化,根据该酶的氨基酸序列进行二级结构预测和三级结构建模。将WT的氨基酸序列(AGN92963.1)提交至在线服务器中进行二级结构的预测,得到该α-L-鼠李糖苷酶的二级结构为Alpha helix(Hh)占29.01%,Extended strand(Ee)占28.55%,Random coil(Cc)占42.44%。进一步用Blast,Phyre2和HHpred进行同源模板搜索,获得了提供三维结构模拟的同源模板。通过Ramachandran plot及Verify3D对模型进行评价,对比分析了Swiss-Model及Modeller9.15模拟的结果,最终获得了一个完整且质量合格三维结构模型。  (3)采用定点突变的方法构建单点突变酶D80N及V529A,在不同温度下分别测定WT及突变酶的半衰期,结果表明,突变酶V529A和D80N/V529A的热稳定性相比于WT有显著的提高,在60℃,65℃及70℃下,V529A的半衰期比WT分别延长了1.92h,25min及2min,确定影响WT热稳定性关键作用位点为V529A。  (4)通过初始酶活,最适温度,最适pH,pH稳定性,金属离子及效应物对酶活力影响的分析,发现D80N的初始酶降低,V529A和D80N/V529A能够在酸性条件下维持较高的酶活性;突变酶的其它性质并未与WT产生差异。此外,WT对柑橘类果汁中的柚皮苷及橙皮苷有良好的转化作用;在高温及低酸性的条件下,相同时间内V529A和D80N/V529A均能够比WT水解更多的柚皮苷。
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