【摘 要】
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家禽羽毛粗蛋白含量高,饲用潜在价值高,但羽毛角蛋白结构稳定、疏水性强,动物内源蛋白酶难以将其有效水解。角蛋白酶可特异性水解不溶性角蛋白,开发可高效水解羽毛的角蛋白酶有助于羽毛角蛋白资源开发利用,对缓解我国蛋白饲料资源供需矛盾具有重要意义。本研究拟采用定向进化,定点突变技术对Bacillus licheniformis CP-16角蛋白酶进行分子改造,以提升其催化活性及热稳定性,进而提高其酶解角蛋白
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目(31470122); 中国农业科学院科技创新工程专项经费(ASTIP-IAS08);
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家禽羽毛粗蛋白含量高,饲用潜在价值高,但羽毛角蛋白结构稳定、疏水性强,动物内源蛋白酶难以将其有效水解。角蛋白酶可特异性水解不溶性角蛋白,开发可高效水解羽毛的角蛋白酶有助于羽毛角蛋白资源开发利用,对缓解我国蛋白饲料资源供需矛盾具有重要意义。本研究拟采用定向进化,定点突变技术对Bacillus licheniformis CP-16角蛋白酶进行分子改造,以提升其催化活性及热稳定性,进而提高其酶解角蛋白的效率,并拓展其在畜禽日粮中的适用性。(1)Bacillus licheniformis CP-16角蛋白酶在Bacillus subtilis SCK6中的表达、纯化与酶学性质分析。构建了p WB980-K-His表达载体,转入B.subtilis SCK6中,成功实现角蛋白酶分泌表达。重组菌B.subtilis SCK6/p WB980-K-His发酵培养48h,上清液酶活达50.74U/m L,经镍柱纯化后角蛋白酶比活力达到4101±53.5U/mg。经酶学性质研究发现,B.licheniformis CP-16角蛋白酶反应温度宽泛性佳,但热稳定性差,75℃热处理5min后完全失活。(2)高比活力角蛋白酶突变体筛选。利用易错PCR技术和B.subtilis SCK6的表达系统,成功构建角蛋白酶突变体文库,经牛奶平板初筛与以羽毛粉为底物的酶活测定复筛,成功获得酶活提升突变体20株。经对20种纯化突变角蛋白酶比活力测定,发现突变体A121S、A50T/F293Y、P190L/M239L、N245K比活力得到提升,其中N245K性质最佳,较野生型比活力提高15.00%。(3)高比活力角蛋白酶突变体定点酶分子改造。选取3个角蛋白酶比活力高的突变体N245K,A50T/F293Y,P190L/M239L,在其原有突变点的基础上选择关键位点P190、N245和F293进一步进行定点突变,获得2株角蛋白酶比活力进一步的提升新突变体N245G和N245R,比活力相比野生型分别提升14.52%与38.88%,底物特异性也相应增强。还发现影响角蛋白酶结构与催化效率的新关键位点(P190、N245和F293),为角蛋白酶理性设计提供参考。(4)耐温性角蛋白酶突变体筛选。通过耐热性功能筛选成功从易错PCR构建的角蛋白酶突变体文库中,获得3株热稳定性提升菌株,其中A307V/S346T,R70G热稳定性相对野生型显著增强,A307V/S346T,R70G在75℃热处理5min后残留酶活分别达到10.06%和30.65%。利用B.subtilis SCK6表达系统有效从B.licheniformis CP-16突变文库中筛选到多株高比活力角蛋白酶突变体及热稳定性提升突变体,经点突变进行一步提升了角蛋白酶的比活力,拓展了角蛋白酶的适用性,探索了新的相关基因信息,为角蛋白酶的开发利用提供了参考。
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