新型玉米赤霉烯酮水解酶的筛选、表达纯化与晶体学研究

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玉米赤霉烯酮(Zearalenone,ZEN)是一种主要由禾谷镰刀菌产生并具有雌激素活性的非甾体霉菌毒素。ZEN有多种衍生物:α/β-玉米赤霉烯醇(α-ZOL、β-ZOL)、玉米赤霉酮(ZAN)、α/β-玉米赤霉醇(α-ZAL、β-ZAL),其中α-ZOL的毒性远高于ZEN。它们广泛存在于被霉菌污染的农作物和饲料中,给饲料业和畜牧业带来了巨大损失。玉米赤霉烯酮水解酶可将ZEN水解为无毒的小分子代谢产物。目前已报道的玉米赤霉烯酮水解酶对衍生物α-ZOL的水解活性都小于ZEN。因此,本研究针对对α-ZOL有高活性的新型玉米赤霉烯酮水解酶的筛选、表达纯化、酶学性质分析以及晶体学研究等方面进行了探索。本研究以ZHD101氨基酸序列为模板,在NCBI数据库中进行BLASTp比对,筛选了四个不同来源的ZHD,它们分别为来源于Mycolicibacterium peregrinum的MpZHD、来源于Nocarda mexicana的NmZHD、来源于Paraburkholderia sp.7MH5的MpZHD与来源于Exophiala aquamarina CBS 119918的EaZHD。实验中对四个蛋白进行了表达、纯化和酶学性质分析,最终选择了对α-ZOL降解活性效率较高的EaZHD进行进一步的晶体培养和催化分子机理的研究。将EaZHD在大肠杆菌宿主中表达,经Ni-NTA亲和层析、二次Ni-NTA亲和层析、DEAE离子交换纯化后,获得纯度大于98%的目的蛋白。构建了不同表达载体的重组蛋白,筛选了不同蛋白缓冲液以及晶体培养条件,优化蛋白晶体的生长。并用重叠PCR的方式在其序列前后添加Sso、Sac标签,构建EaZHD-C-Sso、N-Sso-EaZHD、EaZHD-C-Sac、N-Sac-EaZHD重组表达载体和失活突变体EaZHD/S102A。经结晶条件初筛和多方式晶体优化后,确定了EaZHD/S102A与底物α-ZOL共结晶的最佳生长条件是26-28%PEG 5000 MME、0.1 M MES p H 6.5、0.1-0.2 M Amonium Sulfate。将优化晶体进行X-ray射线衍射并收集数据,得到分辨率为2.9(?)的数据。同时经过对EaZHD活性中心附近的氨基酸进行突变和活性分析,确定了对催化起关键作用的数个氨基酸位点。
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