嗜热菌丙酮酸激酶和乳酸脱氢酶的原核表达、纯化及活性分析

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嗜热菌,是一类能适应高温的微生物。其生长速度较快,代谢较强,在高温下有着显著的生存优势,在环境保护、能源利用等方面具有广泛的应用。嗜热酶,是从嗜热菌中分离得到,能够适应高温反应条件的酶。酶偶联法是体外测定酶活性的常用方法之一。如:丙酮酸激酶(pyruvate kinase,PK)和乳酸脱氢酶(lactate dehydrogenase,LDH)是测定核苷二磷酸(nucleoside diphosphate,NDP)生成反应的常用偶联酶。嗜热菌苍白空气芽孢杆菌(Aeribacillus pallidus JH-7)的最适生长温度为50℃。为了分析其PK和LDH是否可以作为50℃反应条件的偶联酶,本研究从A.pallidus JH-7基因组中克隆其pk和ldh,分别构建入表达载体pET24a,经蛋白质的诱导表达、纯化得纯度达95%以上的apPK和apLDH。利用分光光度法,分别对apLDH和apPK的催化效率和动力学常数及进行了探讨,我们发现apPK的最适底物为ADP,其催化效率是5×104M-1.s-1,最适pH为8.0,最适温度为45℃;NADH为apLDH的最适底物,催化效率为3.7×105 M-1·s-1,最适pH为5.8,最适温度为35℃。虽然50℃不是apLDH和apPK的最适温度,但它们在此温度下kcat分别为16.4 s-1和64.5 s-1,暗示它们可以作为此温度下的偶联酶。TFSAC(Thermobifida fusca,嗜热放线菌;硫酸盐复合体)是嗜热放线菌的硫酸盐活化酶复合体,其缺失了ATP硫酸化酶的活性,但是具有腺苷磷酰硫酸激酶(adenosine 5’-phosposulfate kinase,APSK)的活性。APSK在硫的同化代谢中具有不可替代的功能。利用apLDH和apPK作为偶联酶,分析了其在50℃的反应条件下,其底物ATP和APS的动力学常数。结果我们发现KmAPS为0.65μM,kcat值为4.6 s-1。而在25℃的反应条件下,其KmAPS为0.56μM、kcat为2.45s-1。所以在50℃的反应条件下,TFSAC酶APSK的kcat值是25℃反应条件下的1.9倍,KmAPS值是25℃反应条件下的1.1倍,其APSK活性在50℃和25℃的活性相差不大,也说明apLDH和apPK可以作为偶联酶应用于NDP的测定。
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