角蛋白降解菌的分离、鉴定及其角蛋白酶的性质和应用研究

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角蛋白是一类广泛存在于自然界的硬性蛋白,主要存在于羽毛、羊毛、动物的蹄、角、趾甲等部分。由于其结构中除了大量氢键和疏水相互作用,还存在着大量的由半胱氨酸构成的二硫键,这些二硫键相互交联,使角蛋白的结构致密,难以被降解利用。角蛋白酶是一种可以特异性的降解角蛋白的蛋白酶,它能够破坏角蛋白中紧密的结构,从而达到降解的作用。而且,相比于工业上常用的酸碱法及高温高压法,使用角蛋白酶降解角蛋白条件温和,环境友好,具有很好的应用潜力,可被广泛的应用于农业、饲料、食品、制革、化妆品、医药、环保等行业。本研究通过对不同取样点的土壤样品中的菌株进行产酶能力的筛选,从中挑出能够分泌角蛋白酶的菌株,并对这些菌株降解角蛋白的能力进行比较。本研究分离得到一株高产角蛋白酶的菌株,经16S rRNA鉴定与枯草芽孢杆菌序列相似性最高,很可能是一株枯草芽孢杆菌。我们将该菌株命名为Bacillus subtilisFJ-3-16。在FM3培养基中对B. subtilis FJ-3-16的产酶条件进行了优化,并通过硫酸铵分级沉淀及离子交换层析的方法,分离纯化得到了一个丝氨酸角蛋白酶,将其命名为KerFJ。我们对角蛋白酶KerFJ的基本酶学性质进行了研究,包括其最适酶活温度、最适pH、温度和pH稳定性、底物特异性,抑制剂和金属离子对酶活的影响等。此外我们还对该酶在生物脱毛和洗涤剂添加剂方面的应用潜力进行了评估。,研究结果如下:(1)从多处取样点的土壤样品中一共筛选得到了203株具有产蛋白酶能力的菌株,其中B. subtilis FJ-3-16的产酶能力较高,在牛奶平板上的水解圈直径与菌落直径的比值可达到2.98。B. subtilis FJ-3-16能够利用羽毛作为唯一碳氮源进行生长繁殖,且对羽毛具有明显的降解效果。通过生理形态观察及16S rRNA鉴定,确定该菌株为枯草芽孢杆菌。(2)对B. subtilis FJ-3-16产酶时的接种量、发酵时间、发酵温度及发酵pH等条件进行优化,发现在pH为7.5的FM3培养基中,按照6%接种量,在30℃,180rpm条件下培养72h,可达到最佳产酶效果。所得粗酶液首先通过硫酸铵分级沉淀的方法进行初步的纯化及浓缩,然后透析至pH10.0并除去溶液中的硫酸铵,在该pH条件下通过sepharose Q阴离子交换柱层析可以去除绝大部分色素和部分杂蛋白,将上步所得的酶活所在峰样品透析至pH7.0,在该条件下通过sepharose SP阳离子交换柱层析可去除其他杂蛋白,得到电泳纯的角蛋白酶样品KerFJ,用作下一步研究。(3)抑制剂实验表明所得角蛋白酶KerFJ为丝氨酸角蛋白酶,其催化角蛋白水解的最适反应温度及最适反应pH分别为55℃和9.5。该酶对大部分氧化剂、去垢剂及金属离子具有很好的耐受性。角蛋白酶KerFJ在少量还原剂的帮助下可以有效的将完整的羽毛及羊毛团降解,还能够在28h内达到使羊毛皮及黑驴皮脱毛的效果。将该酶加入到商业化的洗衣液中,能够有效的提高对污渍的洗涤效果。
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