嗜热毁丝菌裂解性多糖单加氧酶TtLPMO9I的酶学性质及其功能研究

【目的】为挖掘新型裂解性多糖单加氧酶(LPMO)酶资源,探究LPMO在辅助降解纤维素过程中起到的重要作用。【方法】从Thermothelomyces thermophilus基因组中克隆表达了一个新型LPMO酶TtLPMO9I,系统地分析了其序列及结构的进化特征;采用DNS法表征了TtLPMO9I的酶学性质;在反应体系中添加不同浓度的抗坏血酸探究外部电子供体对TtLPMO9I活性的影响;以玉米秸秆和微晶纤维素为底物,通过检测还原糖的生成量计算获得TtLPMO9I与纤维素酶的协同作用效果。【结果】TtLPMO9I在60℃,pH 5.0时表现出最佳酶活力。在60℃孵育12 h后,仍能剩余54%的活性。经pH 6.0-8.0处理12 h后,酶活无损失。添加外部电子供体抗坏血酸使TtLPMO9I的活性提高至184%。在玉米秸秆和微晶纤维素降解过程中,TtLPMO9I与纤维素酶表现出良好的协同作用效果。将50-200μg的TtLPMO9I添加至降解体系中,还原糖产量分别提高了34%-142%和6%-46%。【结论】TtLPMO9I不仅具有良好的温度稳定性和pH稳定性,在木质纤维素的降解过程中也具有突出的作用效果,为工业生产应用提供了潜在的优质酶资源。

丝状真菌Podospora anserina AA11家族裂解多糖单加氧酶基因的鉴定和功能研究

辅助活性蛋白家族(auxiliary activity family,AA family)中的裂解多糖单加氧酶(lytic polysaccharide monooxygenase,LPMO)能催化纤维素、几丁质和淀粉等多种难降解碳水化合物的氧化解聚。尽管目前对LPMO的酶学研究较多,但对LPMO基因失活的研究却鲜有报道。本研究利用同源重组方法定点敲除丝状真菌Podospora anserina中AA11家族的5个LPMO基因PaLPMO11A(Pa_4_4790)、PaLPMO11B(Pa_1_5310)、PaLPMO11C(Pa_2_7840)、PaLPMO11D(Pa_2_8610)和PaLPMO11E(Pa_3_9420),分别构建了单突变体ΔPaLPMO11A(ΔA)、ΔPaLPMO11B(ΔB)、ΔPaLPMO11C(ΔC)、ΔPaLPMO11D(ΔD)和ΔPaLPMO11E(ΔE),然后通过遗传杂交构建所有多基因突变体。通过在不同碳源培养基上的表型分析、DAB和NBT染色以及纤维素酶活测定分析野生型菌株与突变型菌株在生长速率、有性生殖、氧化应激和纤维素降解能力等方面的差异,揭示LPMO11基因在P.anserina菌株的生长发育和木质纤维素降解过程中的作用。实验结果表明,在不同纤维素碳源上,ΔBΔCΔE、ΔAΔBΔCΔE、ΔAΔCΔDΔE和ΔAΔBΔCΔDΔE突变型菌株的有性生殖能力降低,其余突变型菌株的孢子萌发效率、生长速率和生殖能力几乎没有差异。PaLPMO11家族5个基因的同时缺失,会导致菌株利用各种碳源的能力明显降低、生长速率降低、孢子萌发率降低、子实体数减少、部分子实体发育异常、寿命缩短和降解纤维素的能力显著下降,但仍有野生型45%以上的总纤维素酶活力。上述结果表明,LPMO11基因可能参与P.anserina的生长发育、有性生殖、衰老和纤维素降解过程。本研究为系统阐述丝状真菌P.anserina中木质纤维素降解的调控机制提供参考。

一种几丁质裂解性多糖单加氧酶的活性评价及稳定性研究

【目的】裂解性多糖单加氧酶(LPMO)是一类铜离子依赖型的单加氧酶,能够通过氧化的方式断裂糖苷键,进而显著提高多糖的降解效率,受到广泛的关注。但是LPMO单加氧酶的性质使其容易被自身氧化而失活,且底物的聚合性质和释放产物的多样性使得对LPMO催化过程活性的评估变得十分困难。【方法】本研究以2,6-二甲氧基苯酚(2,6-DMP)和H2O2为底物,建立了测定几丁质裂解性多糖单加氧酶(BtLPMO10A)活性的评价体系,并研究该酶在降解几丁质底物过程中的稳定性。【结果】研究发现,在测定BtLPMO10A活性的过程中,较高的酶浓度,过氧化氢浓度和2,6-DMP浓度均使得反应过程脱离了线性范围,而抗坏血酸的加入能够提高灵敏度,但是对活性测定过程有较大影响。BtLPMO10A对2,6-DMP和H2O2的Km分别为0.53 mmol/L和5.31 mmol/L,亲和性高于纤维素裂解活性的NcLPMO9C。BtLPMO10A在还原剂抗坏血酸存在的条件下容易失活,但底物几丁质的加入能够一定程度上稳定LPMO的活性,但是其在降解几丁质过程中活性依然会下降。【结论】本研究以2,6-二甲氧基苯酚为底物检测BtLPMO10A对底物的亲和力,并研究BtLPMO10A的稳定性,为深入评价具有几丁质氧化裂解活性的LPMO的稳定性及其在几丁质降解过程中的应用提供了重要信息。