豚鼠气单胞菌CB101中几丁质酶Chi1不同结构域的功能研究及CB101几丁质利用系统的初步研究

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豚鼠气单胞菌(Aeromonascaviae)CB101的几丁质酶Chi1共具有四个保守结构域,从N端开始依次为ChiN结构域、糖苷水解酶家族18催化区(Catalyticdomain)、功能未知区域A和几丁质结合区(ChBD,包括两个串连重复的几丁质结合区),几乎包含了几丁质酶中所有常见结构域,为我们研究几丁质酶不同结构域的功能提供了良好的材料。首先,我们构建了Chi1C端结构域的两个缺失突变体蛋白Chi1△ChBD(缺失ChBD区域)、Chi1△A△ChBD(缺失ChBD,A区域),通过比较它们的生理生化特性,探明了几丁质结合区(ChBD)在酶对不溶性底物的吸附结合(binding)和水解(hydrolysis)过程中起到重要作用;区域A虽然在酶与不溶性底物作用中不起作用,但在酶对可溶性底物及低分子量几丁寡糖的水解过程中起到至关重要的作用:去除区域A会使Chi1在与可溶几丁质和几丁寡糖反应时的酶活降低30-40%,pNP化学显色底物反应的酶活降低50%左右。另外,通过对几丁寡糖与pNP底物酶切产物的薄层层析(TLC)检验,证明了几丁质酶Chi1对几丁质底物的作用方式主要为从几丁质糖链还原端开始以二糖为单位的外切,并能部分地以三糖为单位进行内切。 其次,通过对Chi1N末端563个氨基酸残基的三维结构模拟,我们找到了位于酶表面成一条直线排列的3个芳香族氨基酸(Trp70,Trp232,Trp245)和1个碱性氨基酸(Ser33),针对此4个氨基酸我们利用点突变技术分别构建了5个突变体蛋白S33W,S33A,W70A,W232A,和W245A。研究表明,5个突变体蛋白与几丁质的结合能力与野生酶Chi1相比有不同程度的下降,其中Trp70被Ala取代后使得酶与几丁质结合能力下降最多。这一结果揭示了,在Chi1与几丁质吸附结合过程中,其C末端的几丁质结合域(ChBD)并非是唯一发挥吸附结合作用结构域,其N端的结构域也具有重要作用,并且只有通过C末端的几丁质结合域与N端的结构域共同作用,Chi1才能完整发挥其对几丁质的吸附结合能力。对几丁质吸附结合能力的下降导致了该5个突变体蛋白对胶体几丁质和晶体几丁质降解能力的下降,但是5个突变蛋白对可溶性几丁质的降解能力并没有显著变化。 为了对CB101的几丁质利用系统进行全面的研究,我们采用转座子(transposon)突变技术,构建一个共有20000个突变株的转座子随机突变库,通过这些突变株在胶体几丁质平板上菌落形态和在菌落周围形成透明圈的不同,共筛出三类不同表型的突变株:(1)12个形成较大透明圈的突变株;(2)2个出现透明圈时间延迟的突变株;(3)15个形成较小透明圈的突变株。并从库中筛到一株不能降解几丁质二糖(GlcNAc)2的模拟底物——4-甲基伞形酮(4MU-GlcNAc)的突变株。进一步的发酵实验表明,这些突变株确实存在酶活和生长速率上的变化,使我们获得了一系列几丁质酶系组成型表达突变子、几丁质酶系高表达突变子和几丁二糖酶缺失突变子。利用TAIL-PCR技术,我们对转座子插入位点的基因进行了分析,找到了若干参与几丁质降解利用的基因,对CB101的几丁质利用系统进行了初步研究。
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