Microbacterium sp.XT11中黄原胶内切酶MiXen酶学性质的研究

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黄原胶是由野油菜黄单胞菌Xanthomonas campestris产生的多功能可溶性多糖,其降解产物黄原胶寡糖能够抗氧化,抑菌,抗肿瘤,具有巨大的商业前景。目前,相对于物理法和化学法,生物酶法制备黄原胶寡糖具有条件温和,环保,产物结构可控等优点。然而,黄原胶主链的降解机理不是特别清晰,且黄原胶的三级结构是高度有序的,不易被酶法降解,致使利用酶法降解黄原胶效率低。这些阻碍了我们利用酶法降解黄原胶,制备黄原胶寡糖的工业化进程。本课题以黄原胶降解菌Microbacterium sp.XT11的黄原胶内切酶MiXen为研究对象展开讨论。首先,本工作对MiXen的序列与结构进行分析,分析结果表明,MiXen含有952个氨基酸,可能是GH9家族糖苷水解酶的一个新分支。它具有多模块结构,包括N-末端类似免疫球蛋白(lg)结构域,(α/α)6桶状催化中心和C-末端结构域。同时,对MiXen的C-末端结构域进行序列和结构的比对分析,发现它可能是一类新的碳水化合物结合模块(Carbohydrate Binding Module,CBM)。接下来,通过实验对MiXen的催化结构域和C-末端结构域的功能进行分析。首先,对MiXen进行异源表达和酶学性质表征,确定它的酶活为15.7±0.98 U/g;最适温度为40oC;最适pH为8.0;最佳缓冲液离子浓度为10 mM;相对于羧甲基纤维素(Caboxy Methyl Cellulose,CMC),MiXen的最适底物为黄原胶;通过圆二色谱(Circular Dichroism,CD)和酶活测定,发现MiXen能有效的随机切割高度有序黄原胶主链,且在与酶温育12 h后黄原胶的无序分数由0增加至0.425±0.018;通过剪切粘度和凝胶渗透色谱分析,表明与商品化的Cellulases相比,Mi Xen能够有效的降解黄原胶。之后,通过粘度,还原糖线性分析和凝胶渗透色谱分析,证实了MiXen具有黄原胶内切酶的活性。然后,通过对不含C-末端结构域的MiXen突变体酶活的测定及C-末端结构域的表面等离子共振(Surface plasmon resonance,SPR)分析,C-末端结构域能够辅助MiXen特异性结合到高度有序的黄原胶上。最后,通过CD,原子力显微镜(Atomic Force Microscopy,AFM),对不同修饰侧链黄原胶,即纯化黄原胶,去丙酮酸基黄原胶,去乙酰基黄原胶,去乙酰基去丙酮酸基黄原胶和去掉侧链末端甘露糖的黄原胶进行分析,发现不同修饰侧链影响黄原胶的二级结构,进而影响MiXen对黄原胶的活性。本课题所得结果为揭示一种新型黄原胶内切酶的水解机理和酶学性质提供一种新的视角,并为黄原胶寡糖的酶法制备打下基础。
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