拟南芥阿拉伯糖-5-磷酸异构酶的原核表达、纯化及酶催化特性

阿拉伯糖-5-磷酸异构酶(Kds D)是2-酮-3-脱氧辛糖酸(KDO)生物合成途径的第一个关键限速酶,通过无缝克隆技术将拟南芥Kds D基因构建至原核表达载体p ET-HTT,经过IPTG诱导,在大肠杆菌BL21(DE3)中获得了大量重组蛋白的可溶性表达;表达产物经Ni-NTA亲和层析和分子筛层析(SEC)方法进行酶蛋白的分离纯化步骤,得到纯度85%以上的高纯度酶;分子筛层析结果发现纯化后的目的蛋白Kds D在溶液中主要以多聚体、二聚体和单体形式存在,这同微生物来源Kds D酶在溶液中以四聚体形式存在很大差异;进一步使用Western blotting和MALDI-TOF MASS技术对纯化的蛋白进行鉴定;测定了拟南芥Kds D酶学性质,证明该酶催化反应的最适p H值为8.0,最适作用温度为37℃,各种金属离子在低浓度均对酶活性存在不同程度的抑制作用,其中以Co~(2+)、Cd~(2+)对酶活性的抑制作用最强,而5 mmol/L金属螯合剂EDTA对酶有激活作用。此外,以阿拉伯糖-5-磷酸(A5P)为底物时,拟南芥Kds D酶动力学常数Vmax和Km值分别为0.18 mmol/(L·min)、0.16 mmol/L,比较发现该酶与底物的亲和性高于大肠杆菌Kds D。以上研究结果为Kds D蛋白结构与功能及其在新型抗生素研制领域中的工业化应用奠定了基础。     

毛竹脱氧辛糖酸-8-磷酸合酶的原核表达、纯化及酶的特性

脱氧辛糖酸-8-磷酸合酶(3-Deoxy-D-manno-octulosonate 8-phosphate synthase,KDO8PS)是一种参与细胞壁八碳糖(KDO)合成代谢的关键酶之一。为了解该酶催化特性和功能,本实验采用逆转录聚合酶链式反应(RT-PCR)方法首次分离得到毛竹Pe KDO8PS基因。序列分析表明该基因CDS区全长876 bp,编码291个氨基酸。通过IPTG诱导,含有该基因的原核表达载体在大肠杆菌中获得了大量可溶性活性蛋白表达;经Ni-NTA亲和层析和分子筛层析(SEC)方法进行酶蛋白的两步分离纯化,得到纯度大于90%以上的高纯度酶;SEC结果发现,纯化后目的蛋白KDO8PS在溶液中主要以二聚体形式存在。戊二醛交联实验证实该酶具有形成二聚体/四聚体的可能性,进一步通过超速离心(AUC)分析,发现水溶液中KDO8PS在高浓度时二聚体会聚合转化形成四聚体。推测形成二聚体/四聚体可能是保持酶稳定性的一种机制。通过测定毛竹KDO8PS酶学性质,发现该酶催化反应的p H值范围在4.0-9.0,最适p H值为8.0;热稳定性范围25-65℃,最适作用温度为55℃;各种二价金属阳离子在低浓度下均对酶活性存在不同程度的抑制作用,其中以Fe3+对酶活性的抑制作用最强,而低浓度EDTA可通过螯合作用消除金属离子的抑制作用。以上研究结果为植物KDO8PS蛋白结构与功能及其在新型抗生素领域中的工业化应用提供了重要理论基础。