贝莱斯芽孢杆菌羧酸酯酶的基因克隆、表达、酶学性质及应用

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羧酸酯酶普遍存在于不同生物中,是生物催化研究的重要酶类。它能够有效的催化羧酸酯的水解,在临床、制药、环境修复等方面发挥着重要的作用。论文研究了贝莱斯芽孢杆菌Bacillus velezensis SYBC H47羧酸酯酶的基因筛选、克隆、表达、酶学性质及其对四种常见邻苯二甲酸酯类(PAEs)塑化剂的降解。主要研究结果如下:(1)通过已知的B.velezensis SYBC H47全基因组的功能注释,筛选到66个酯酶基因;进一步分类后,得到4个羧酸酯酶基因,分别为:baces01、baces02、baces03、baces04。(2)对baces01-bace04的核酸序列和氨基酸序列进行分析得知,四个目的基因的开放阅读框分别为603、1449、741和870 bp,分子量大小分别被预测为22.4、52.8、28.3和31.9 kDa。BaCEs01、BaCEs02、BaCEs03、BaCEs04氨基酸序列中都含有酯酶家族保守基序Gly-Xxx-Ser-Xxx-Gly和丝氨酸催化三联体Ser-Asp-His。通过构建氨基酸序列进化树得知BaCEs01-BaCEs04分别属于酯酶第VI、VII、VIII和VI家族。(3)成功克隆了4个来自于B.velezensis SYBC H47的羧酸酯酶基因,并在大肠杆菌BL21(DE3)中异源表达。经酶活测定证实,BaCEs01-04均具有羧酸酯酶活性。(4)探究了BaCEs01-04的酶学性质,其最适反应pH分别为:6.5、6.5、7.0和7.5;最适反应温度分别为:40、45、45和65℃。探究了金属离子、抑制剂、表面活性剂和有机溶剂对重组酶活性的影响,其中Cu2+对重组酶的活性有不同程度的抑制作用,而NH4+能够促进BaCEs01、BaCEs02、BaCEs04的活性;抑制剂PMSF明显的抑制了重组酶的活性。有机溶剂异丙醇、丙酮、正己烷对BaCEs04的活性有促进作用。研究了重组酶对不同碳链长度(C2-C16)的对硝基苯酚酯类(pNP-esters)的水解活性,结果表明,BaCEs01-04均对碳链长度较短的底物表现出更高的活性。以三种不同浓度的对硝基苯酚酯(pNPC2、pNPC4、pNPC6)作为底物研究重组酶的动力学参数,对于BaCEs01,Km值分别为1.28、0.95和1.36 mmol L-1,kcat/Km值分别为14.16、30.53和10.51 L·mmol-1·s-1;对于BaCEs02,Km值分别为0.34、0.67和0.70 mmol L-1,kcat/Km值分别为341.47、130.24和112.94L·mmol-1·s-1;对于BaCEs03,Km值分别为2.48、1.93和2.84 mmol L-1,kcat/Km值分别为7.14、10.73和3.90 L·mmol-1·s-1;对于BaCEs04,Km值分别为0.68、0.73和0.55 mmol L-1,kcat/Km值分别为27.81、67.70和24.60 L·mmol-1·s-1。(5)运用薄层层析(TLC)定性研究了四个重组酶对四种常见的塑化剂-邻苯二甲酸二甲酯(DMP)、邻苯二甲酸二乙酯(DEP)、邻苯二甲酸二丙酯(DPRP)、邻苯二甲酸二丁酯(DBP)的降解作用。利用液质联用(LC-MS)定量测定降解率并且鉴定各降解产物,结果表明,经BaCEs01-04作用5 h后,DMP和DEP的降解率分别超过25%和50%,DPRP的降解率分别为60.9、94.8、55.9和77.9%,DBP的降解率分别为70.8、88.4、66.8和86.9%。降解产物中只有残留的底物和相应的邻苯二甲酸单烷基酯(MNP),进一步以MNP作为底物,发现MNP无法被重组酶所降解。说明4个重组酶均只作用于PAEs结构中的其中一个酯键,生成相应的MNP。
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