地衣芽胞杆菌HDYM-04 β-甘露聚糖酶的分离纯化及酶学性质和结构的研究

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β-甘露聚糖酶(β-mannanas)是一种能任意水解β-1.4糖苷键的水解酶,因β-甘露聚糖酶在食品、造纸、纺织等行业有着重要的作用,对β-甘露聚糖酶的分离纯化及其酶学性质等的研究已引起广泛关注,目前对β-甘露聚糖酶的分离纯化已有很多报道并已得晶体,但纯酶来源单一多为真菌,对细菌来源的β-甘露聚糖酶研究较少,因此本试验选取实验室保藏菌株地衣芽胞杆菌(Bacillus licheniformis)HDYM-04产β-甘露聚糖酶通过丙酮沉淀、阴离子交换柱层析、凝胶过滤层析等方法相结合获取纯酶并深入研究其酶学性质,将得到的纯酶通过圆二色谱技术,得到其二级结构,通过探究不同条件下二级结构的变化掌握其变化规律;对β-甘露聚糖酶应用方面,本试验尝试对纯化后的酶进行染料脱色试验,利用染料降解试验为该菌株在生产上应用的可能性提供理论依据和试验依据。本研究首先以选取硫酸铵分级沉淀和丙酮沉淀进行粗酶提取的比较以提高酶活提取率,经比较丙酮沉淀酶活提取率高达99.13%远远高于硫酸铵分级沉淀,而且丙酮沉淀有易回收、提取迅速等优点,将粗酶液经DEAE-Sepharose fast flow和G-75相结合的方法对试验菌株产β-甘露聚糖酶进行分步纯化,以β-甘露聚糖酶的比活力为检测指标,得到β-甘露聚糖酶纯酶,最终纯化倍数为19.32,高于已有报道,经SDS-PAGE检测得到电泳纯样品,分子量为40kDa左右,经测序其序列其与来自地衣芽胞杆菌(B.licheniformis)的β-甘露聚糖酶一致性达93.6%,可鉴定其为β-甘露聚糖酶。经酶学性质研究得到地衣芽胞杆菌(B.licheniformis)HDYM-04产β-甘露聚糖酶的最适温度为60℃,在60℃的条件下酶活最为稳定。β-甘露聚糖酶的最适pH为8.0,酶的最适pH为8.0,金属离子Co2+、Mg2+、K+、Ba2+对β-甘露聚糖酶有的激活作用;Ag+、Fe3+、Cu2+和Hg2+对β-甘露聚糖酶活有明显的抑制作用。不同抑制剂和表面活性剂对该酶抑制强烈,酶活损失较大。该酶具有一定耐盐性,通过双倒数法测得β-甘露聚糖酶的米氏常数:瓜尔豆胶:Km为19.26mg/mL,Vmax为588.24umol/(min·mL):魔芋胶(葡甘露聚糖):Km为2.69mg/mL,Vmax为251.41umol/(min·m L),表明该酶对葡甘露聚糖的亲和力较大。该酶中酪氨酸、巯基和色氨酸对维持该酶酶活有着重要作用,其中色氨酸修饰对酶活影响最大,由此可初步推测色氨酸可能位于该酶活性中性。本试验采用圆二色谱法探究β-甘露聚糖酶的二级结构,其主要以β-折叠和转角为主,考察不同温度和pH对β-甘露聚糖酶二级结构元件的影响,结果表明不同温度对β-甘露聚糖酶的影响不大,二级结构变化较小;不同pH条件下,随着碱性增强,酶逐渐失活,β-折叠增多,转角减少,由此可初步推测,转角在维持酶活有重要作用。可初步推测其结构为ββ结构,结构较为稳定。本试验为了研究β-甘露聚糖酶的染料降解作用,研究选择27种染料的脱色体系进行全波长扫描试验。测得β-甘露聚糖酶对偶氮类染料具有较强的降解能力,其中染料甲基橙、刚果红和苯酚红脱色率在12h时可达到100%以上,对三芳甲烷类脱色效果次之,其中水溶苯胺蓝和孔雀石绿染料12h内脱色效果达到90%左右,脱色效果明显,结晶紫12h内脱色率达到50%以上,其它染料效果不显著。本研究通过对β-甘露聚糖酶分离纯化条件的优化,提高了纯化β-甘露聚糖酶的倍数,从而达到降低分离纯化时间、减少下游生产成本的目的,并利用染料降解试验,探索该菌株在生产上应用的可能性,为工业化生产应用奠定基础。
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