理性设计提高Pseudoalteromonas carrageenovora芳香基硫酸酯酶热稳定性的研究

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本论文基于理性设计提高Pseudoalteromonas carrageenovora芳香基硫酸酯酶的热稳定性,进行了单点突变、饱和突变和复合突变,获得了热稳定性显著提高的突变体。并对突变体与野生型芳香基硫酸酯酶进行圆二色谱、荧光光谱、蛋白表面疏水性和微观结构等结构对比,分析热稳定性提高的原因。  通过PoPMuSiC在线服务器预测热稳定性提高的突变体,选择10个单点突变体,以实验室前期构建的野生型芳香基硫酸酯酶重组质粒为模板,使用定点突变试剂盒对所选位点进行突变,利用亲和层析对酶进行纯化。酶的热稳定性分析结果显示,筛选到两株热稳定性提高的突变体K253N和P314F。55℃处理30min后,K253N和P314F可分别保持27.1%和25.8%的残余酶活力,而野生型酶(WT)保留了21%的酶活力。因此推测第253和314位氨基酸残基是影响芳香基硫酸酯酶热稳定性的关键位点。  为了进一步研究关键位点氨基酸残基的改变对芳香基硫酸酯酶热稳定性的影响,对253和314位残基进行饱和突变。饱和突变酶的热稳定性分析显示,第253和314位热稳定性提高最多的突变体分别为K253H和P314T。K253H和P314T的最适反应温度与野生型酶相同,都为55℃,最适反应pH由野生型的7.5变成8.0。动力学结果显示,K253H与底物的亲和能力高于WT。基于协同作用,选择热稳定性提高的单点突变体K253H、H260L和P314T进行复合突变。热稳定性分析结果表明,热稳定性提高最多的突变子为K253H/H260L,它在55℃的半衰期为70.3min,而野生型酶的半衰期仅为9.1min,而且K253H/H260L的酶活力与野生型相比也提高了7%。  探究突变体K253H/H260L与野生型芳香基硫酸酯酶的结构变化,分析K253H/H260L热稳定性提高的原因。利用圆二色谱和荧光光谱分别对K253H/H260L和WT的二级和三级结构进行分析,结果表明,突变前后芳香基硫酸酯酶的二级和三级结构没有明显改变。以ANS作为探针测定了酶蛋白表面残基的疏水性,结果显示,K253H/H260L的表面疏水性低于WT,表面疏水性的降低可能为突变体热稳定性提高的原因。芳香基硫酸酯酶的微观结构分析显示,突变体K253H/H260L的氢键数有增加,另外,K253H/H260L的蛋白表面电荷-电荷相互作用的优化、刚性的增强以及离子相互作用的增强都可能是其热稳定性提高的影响因素。
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