【摘 要】
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乙烯是一种重要的化工原料,被广泛用于制造塑料、纤维和其他有机化学品,还用于包装、运输和建筑等各工业领域;此外,乙烯还可以作为信号分子,在植物体内具有调节其萌发,生长,衰老,胁迫反应等。当前,无论是工业领域对乙烯需求量的日益增加还是调控植物生长代谢,乙烯都具有重要的研究价值。然而,目前乙烯生产主要以石油等原油蒸汽裂解获得,往往伴随着大量的酸性气体,对环境产生危害,也增加了对不可再生资源的消耗。因此,
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乙烯是一种重要的化工原料,被广泛用于制造塑料、纤维和其他有机化学品,还用于包装、运输和建筑等各工业领域;此外,乙烯还可以作为信号分子,在植物体内具有调节其萌发,生长,衰老,胁迫反应等。当前,无论是工业领域对乙烯需求量的日益增加还是调控植物生长代谢,乙烯都具有重要的研究价值。然而,目前乙烯生产主要以石油等原油蒸汽裂解获得,往往伴随着大量的酸性气体,对环境产生危害,也增加了对不可再生资源的消耗。因此,为了减少对化石能源的依赖和对生态环境的保护,需要寻找一条绿色工业化的途径生产乙烯。生物途径生产乙烯,主要是利用乙烯合成酶（ethylene-forming enzyme,EFE）以精氨酸和α-酮戊二酸为底物直接催化生产乙烯,具有产物无污染,易分离等优点,但是现有的乙烯合成酶活性不高且热稳定性较差,限制了工业化应用。本文通过采用同源序列比对,突变体改造等多种策略最终筛选到来源于Streptomyces bottropensis（SbEFE）高活性和热稳定性的乙烯合成酶基因,通过突变体构建,蛋白的诱导表达与纯化,气相色谱法对其酶学性质进行深入分析。与目前文献已报道的Pseudomonas syfingae（PsEFE）相比,SbEFE酶比活是PsEFE的3.23倍,且SbEFE在35℃水浴30 min,仍可保留自身95.73%的活性,而PsEFE在35℃水浴30 min,几乎完全丧失活性;此外,SbEFE的Tm比PsEFE提高了4.77℃,说明SbEFE的稳定性更好;从动力学参数分析得出,SbEFE催化底物α-酮戊二酸生成乙烯的Kcat值分别是PsEFE的3.7倍,也就是说SbEFE催化α-酮戊二酸生成乙烯的速率要远高于PsEFE。以精氨酸为底物时,PsEFE生成乙烯和生成P5C的Kcat/Km值分别是0.92和0.009,前者与后者的比值是102.2,而SbEFE蛋白,对应的该比值是276.1,明显高于PsEFE。表明SbEFE能够催化更多的α-酮戊二酸转化为乙烯,从生产乙烯的角度来说底物的利用效率更高,更适合工业应用。SbEFE的高活性和热稳定性,为深入研究乙烯合成酶的催化机制和应用工艺提供了新的基础。
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