极地微生物酶资源开发研究进展

两极地区的微生物在极端环境中演化出能够耐受低温、高盐等特殊性质的酶。极地微生物的酶有潜在的应用价值,是重要的生物资源。极地微生物在各种复杂的极地环境中形成了高度多样性,蕴含着可供开发利用的大量新酶资源。近年来国内外持续发现大量的极地微生物新酶,说明极地微生物已成为新酶的重要来源。本文简述了近5年来极地微生物新酶开发的研究进展,分类列举了有较好商用前景的蛋白酶、脂肪酶/酯酶、糖类降解酶等重要工业酶的筛选和性质等研究简况。

石油降解酶的筛选、固定化及添加表面活性剂强化其对石油的降解

在石油开采和加工过程中产生的含油污泥是石油化工行业中主要的污染源,会对周边生态环境造成持续性的危害。生物法降解被认为是一种有效且可持续的技术而备受关注。目前的研究多聚焦在微生物法降解石油,而酶法降解鲜有报道。【目的】本研究旨在优选石油高效降解酶,并深入分析其降解特性,以期构建一套酶法降解石油的体系。【方法】基于分子对接模拟技术,分析酶与石油类常见底物的结合可能性及结合模式,通过石油降解实验优选降解酶;通过添加表面活性剂及酶固定化进一步提高酶对石油的降解效果。【结果】利用分子对接模拟及实验验证获得5种具有石油降解能力的生物酶,其中枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)来源的漆酶BsLac对石油的降解率最高,72 h可降解34.1%的石油;进一步研究发现,表面活性剂的添加均可促进BsLac对石油的降解,其中槐糖脂的促进作用尤为显著。当槐糖脂终浓度为1000 mg/L时,石油的降解率最高,为46.3%;然而,2,2′-联氮-双(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)二铵盐的添加对BsLac降解石油的促进作用并不明显;固定化结果表明,以花生壳为吸附载体固定化的BsLac对石油的降解率最高,为56.3%。【结论】本研究基于分子对接模拟和实验筛选获得了石油降解酶BsLac,固定化的BsLac可实现石油的高效降解,为生物酶法降解石油的进一步探索奠定了实验和理论基础。

多功能过氧化物酶介导Mn(Ⅲ)络合体系对酚类化合物的氧化降解

【背景】酚类化合物是环境中主要的水体污染物之一。多功能过氧化物酶(versatile peroxidase,VP)介导的Mn(Ⅲ)-有机酸络合体系具有较高的氧化还原电势,在酚类有机污染物降解方面具有巨大潜力。【目的】探究VP介导的Mn(Ⅲ)-有机酸络合体系降解酚类化合物的能力,为酚类化合物的降解提供新的思路和方法。【方法】研究选取了糙皮侧耳(Pleurotus eryngii)来源的多功能过氧化物酶(PeVP),采用包涵体复性的方法获得了PeVP活性蛋白,并对重组PeVP进行酶学性质研究及Mn(Ⅲ)络合体系反应条件优化,进而探究Mn(Ⅲ)络合体系对酚类污染物的氧化降解能力。【结果】确定了PeVP包涵体复性最佳条件为:pH 9.5、10%甘油、0.5 mol/L尿素、0.5 mmol/L氧化型谷胱甘肽(glutathione oxidized,GSSG)、0.1 mmol/L二硫苏糖醇(dithiothreitol,DTT)、0.1 mmol/L乙二胺四乙酸(ethylenediamine tetraacetic acid,EDTA)、5 mmol/L CaCl_(2)、5μmol/L羟高铁血红素(hematin),4℃静置透析24 h,最后5μmol/L hematin孵育12 h。通过对PeVP介导的Mn(Ⅲ)-有机酸络合体系优化,确定了最优反应条件为:75 mmol/L苹果酸缓冲液(pH 4.5)、6 mmol/L Mn^(2+)和0.2 mmol/L H_(2)O_(2)。在上述条件下,探究了络合体系对2,2-丁香醛连氮-双-3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸[2,2ʹ-azinobis-(3-ethylbenzthiazoline-6-sulphonate),ABTS]、2,6-二甲氧基苯酚(2,6-dimethoxyphenol,DMP)、愈创木酚和丁香醛连氮4种酚类模式底物的催化活性,发现在pH 4.5条件下,络合体系对酚类模式底物的氧化活性可达到PeVP直接氧化活性的1.5−7.5倍,并且在16 h的酶解过程中,苯酚、对苯二酚、间苯二酚和对硝基苯酚的平均降解速率分别为10.91、10.69、6.50和5.71 mg/(L·h),推测Mn(Ⅲ)-有机酸络合物对酚类底物的氧化降解是通过夺取酚类底物的电子形成酚类自由基中间体,自由基中间体经过电子重排和C−C键的断裂,最终导致酚类物质的氧化降解。【结论】在弱酸(pH 4.5)条件下PeVP介导的Mn(Ⅲ)-苹果酸络合体系对酚类污染物具备较强的氧化能力,这为酚类有机污染物提供了新的生物解决方案。