瘤胃细菌扩展蛋白与纤维素酶的协同作用研究

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扩展蛋白是没有酶活性的小分子蛋白,其作用于结构致密的纤维素后可以提高纤维素酶对纤维素的降解效率。不同来源的扩展蛋白对纤维酶降效纤维素的协同作用不同。本研究从反刍动物瘤胃细菌中筛选出与扩展蛋白EXLX1同源性由高到低的6条扩展蛋白序列,并对这些蛋白进行了功能验证及其结构和功能关系的研究,结果如下:(1)扩展蛋白添加量在600μg/g底物时,各扩展蛋白与纤维素酶的协同作用达到最大,继续增加扩展蛋白的用量协同作用则逐渐降低。扩展蛋白TPD2与纤维素酶协同作用最大,可达到127%。(2)当纤维素酶在0.01 FPU/g底物的添加量时,各扩展蛋白与纤维素酶的协同作用都表现为最大协同作用,随着纤维素酶使用量的增大,扩展蛋白对纤维素酶的协同作用都逐渐降低。(3)当p H由5.5增大到7.0时,扩展蛋白Y189、UV64、S152仍与纤维素酶有协同作用,而扩展蛋白R2F0、TPD2、5IG3、4918抑制纤维素酶水解反应。在40°C温浴8h后,扩展蛋白Y189残余活性最大。(4)通过扫描电镜图充分证实了瘤胃细菌扩展蛋白与纤维素酶协同作用的功能。对比扩展蛋白与底物的结合参数,发现扩展蛋白R2F0、TPD2、5IG3、4918对底物的亲和力大于扩展蛋白Y189、UV64、S152。扩展蛋白UV64、5IG3、TPD2、R2F0对底物的最大结合量大于扩展蛋白Y189、4918、S152仅有2.1×10-6-3.1×10-6mol/g。(5)在蛋白用量小于等于600μg/g底物时,扩展蛋白TPD2与纤维素酶的协同作用大于TPD2ΔDM1,这个结果说明了结构域DM1的缺失降低了TPD2ΔDM1的活性,单独的结构域DM2仍然有扩展蛋白的功能。(6)在纤维素酶添加量升高到0.06 FPU/g底物时,TPD2ΔDM1与纤维素酶的协同作用变化不大。该结果说明失去DM1更有利于TPD2ΔDM1在高浓度纤维素酶的条件下发挥作用。在酶浓度初升高到0.06 FPU/g底物时TPD2-DM2与纤维素酶的协同作用没有像扩展蛋白TPD2一样立即下降,但当纤维素酶用量继续增大到0.8 FPU/g底物时,TPD2-DM2却变成了纤维素酶发挥作用的阻碍。说明了结构域DM2具有与底物结合的能力,使得具有两个结构域DM2的TPD2-DM2和纤维素酶的竞争性结合底物。(7)与扩展蛋白TPD2相比TPD2ΔDM1和TPD2-DM稳定性升高,而TPD2ΔDM1和TPD2-DM2与底物的亲和力减小,但是对底物的最大结合量却没有显著的变化。
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