纹缘盔孢伞非特异性过氧合酶的异源表达及催化氧化反应研究初探

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非特异性过氧合酶(UPOs)是一类来源于真菌的氧化酶,可催化多种氧化反应,例如磺化反应、环氧化反应,羟基化反应、脱烷基化反应、有机杂原子和无机卤化物的氧化反应等,在环境治理、有机合成和生物技术等领域具有广阔的应用潜能。目前在遗传数据库中有数千个假定的UPO基因,寻找合适的异源表达系统,探究不同UPOs的异源表达条件对开展后续酶工程研究至关重要。本研究以来源于纹缘盔孢伞Galerina marginata(Gma)的非特异性过氧合酶GmaUPO为研究对象,对其进行生物信息学分析,研究在不同宿主中的异源表达、初步探究其在催化氧化反应中的催化性能,为GmaUPO的催化应用提供一定的研究基础。具体研究内容及结果如下:(1)GmaUPO的生物信息学分析研究。使用DNAMAN和PyMOL软件,MuLtalin、ProtScale、ExPASy和Swiss-Model网站分析GmaUPO的结构与性质。结果表明,GmaUPO与不同来源的UPO蛋白序列存在15.49~67.23%的序列一致性,理论分子量为38.27 k Da,蛋白质等电点为5.09,预测稳定系数为24.96,整个多肽链的总平均亲水性系数为-0.244。二级结构预测分析显示,GmaUPO含有12个α螺旋、2个β折叠和一对二硫键(Cys61-Cys323)。同源建模的三维结构分析显示GmaUPO具有UPO的催化保守序列Pro60-Cys61-Pro62、Glu147-Gly148-Asp149和Arg190-Glu197,推测GmaUPO可能具有UPO的催化特性。(2)GmaUPO的异源重组表达研究。利用全基因合成技术获得了GmaUPO基因,分别克隆到大肠杆菌、枯草芽孢杆菌及毕赤酵母的表达载体中并构建基因工程菌,同时进行重组表达研究。结果表明:GmaUPO在大肠杆菌中以无活性的包涵体形式存在,在枯草芽孢杆菌中无活性表达,仅在毕赤酵母X33中得到有活性的重组表达,分子量约为40 kDa,另外发酵温度为22℃,ALA(δ-aminolevu Linic acid,δ-氨基乙酰丙酸)浓度为45μM时,发酵活力最高,为6 U/L。(3)GmaUPO的催化氧化反应研究。选择乙基苯、环己烷和甲基苯基硫醚三种底物,构建胆碱氧化酶与GmaUPO的酶级联催化反应体系,研究pH、温度、底物对GmaUPO催化效率的影响。结果表明,GmaUPO催化反应的最适温度为35℃,最适反应pH为9.0;通过气质联用仪检测,可知产物分别是R-苯乙醇、S-苯乙醇和苯乙酮;环己酮;甲基苯基亚砜。表明GmaUPO可催化芳香族化合物、脂肪族化合物及醚类化合物类型的反应。其中,乙基苯氧化产物为R型异构体,显示GmaUPO可能具有R型异构体底物偏好性。
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