论文部分内容阅读
本研究以提高Pseudoalteromonas carrageenovora芳香基硫酸酯酶的热稳定性为目的,基于易错PCR对酶进行定向进化,获得了热稳定性提高的突变体。对P.carrageenovora芳香基硫酸酯酶进行了二级结构预测和三级结构建模,通过定点突变和饱和突变的方法来探究该芳香基硫酸酯酶热稳定性有效改造位点的微观结构变化与热稳定性之间的关系。最后还研究了突变酶的酶学性质,以及脱除江蓠琼脂粗多糖硫酸基团的能力。 以本实验室构建成功的P.carrageenovora芳香基硫酸酯酶重组质粒(pET-28a-ars)为模板,采用易错PCR的方法,成功构建了突变频率为0.22%、库容量约2.0×105的芳香基硫酸酯酶基因的随机突变文库。对突变文库进行高通量筛选后,最终得到了两个热稳定性提高的突变体,分别命名为4-138和4-153。两个突变体的259位氨基酸残基产生了同样的突变,推测259位氨基酸是影响P.carrageenovora芳香基硫酸酯酶热稳定性的关键氨基酸。突变体4-138、4-153以及野生型芳香基硫酸酯酶分别命名为H259L、4-153和WT。H259L和4-153在55℃处理30min后可分别保留62%和48%的残余酶活,而同样条件下WT仅可保留21%的残余酶活。 为了研究P.carrageenovora芳香基硫酸酯酶的微观结构的变化,根据该酶的氨基酸序列进行二级结构预测和三级结构建模。采用在线服务器和圆二色光谱法对酶的二级结构进行预测和测定,最终确定该芳香基硫酸酯酶的二级结构中,α-螺旋占19%-21%,β-折叠占29-30%,还有13.4%的β-转角。在此基础上,利用Modeller9.15软件的多模板建模法,模拟了P.carrageenovora芳香基硫酸酯酶的三维模型,该模型也通过了PSVS服务器的在线评价,证明了模型的可靠性。 采用定点突变的方法构建单点突变体D83A。将单点突变体D83A和H259L以及双点突变体4-153进行热稳定性分析,结果表明,H259L和4-153在55℃下的半衰期比野生型酶半衰期有所提高。对259位氨基酸残基进行饱和突变,并研究不同突变体的热稳定性,发现H259F、H259Q、H259I和H259R这四个突变体在55℃处理30min后均可保持35%以上的酶活力,热稳定性高于WT。分析不同热稳定性提高突变体的微观结构后发现,与野生型芳香基硫酸酯酶相比,5个突变体均增加了1-2个氢键。另外,表面残基的疏水性、芳香基硫酸酯酶的刚性、表面残基电荷-电荷相互作用等也有一定的改变。 最后研究了H259L、4-153和WT的其它酶学性质,结果显示,与野生型酶相比,突变酶在最适pH上有较小的差异;在其他方面,例如pH稳定性,以及金属离子、抑制剂和去垢剂对酶活力的影响,并没有与WT产生差异。与野生型酶相比,突变酶4-153的动力学参数Vmax和Km值并无明显变化,而H259L的Vmax和Km值有所降低。对突变酶和野生型酶脱除江篱琼脂硫酸基团的能力进行比较,H259L和4-153可分别脱除82.1%和79.3%的硫酸基团,而野生型芳香基硫酸酯酶在同样条件下脱除76.1%的硫酸基团。