通过理性改造提高11家族木聚糖酶热稳定性研究进展

木聚糖是植物细胞中含量最高的半纤维素,是一种重要的微生物资源,也是自然界中含量丰富的多糖之一。木聚糖酶是能够将复杂的木聚糖结构水解为木寡糖的一类酶系,按其结构域可分为不同的家族,其中大部分木聚糖酶属于糖苷水解酶的10和11家族,而11家族的木聚糖酶由于分子量较小,比酶活较高等诸多优点使其在饲料、造纸、食品、能源工业有着广阔的应用前景。但是商业化木聚糖酶必须易于生产,酶活较高,并且能够适应工业过程中的各种严格条件,例如饲料与造纸工业过程中有时需要瞬时提高反应温度,这就要求参与这一系列反应的木聚糖酶在高温下有着较高的比酶活和热稳定性。但是一般条件下,很多微生物分泌的木聚糖酶达不到此要求,因此,通过合理的分子生物学方法提高木聚糖酶的热稳定性使其在工业生产中发挥更大的作用是人们不断追求的目标。本文重点阐述二硫键、糖基化、疏水作用等蛋白的重要性质,结合作者自身实验结果,讨论了这些性质对11家族木聚糖酶热稳定性的影响。为进一步加深木聚糖酶作用机制的了解、指导木聚糖酶的分子改良有提供参考。     

热解纤维素菌属F32中乙酰木聚糖酯酶Axe7的表征

【目的】从嗜热厌氧微生物热解纤维素菌属F32(Caldicellulosiruptor sp.F32)菌株中鉴定出可水解木聚糖侧链乙酰基团的脂酶。【方法】通过基因组序列注释、比对以及蛋白结构预测的方法,发现一个潜在的脂酶7家族的(CE-7)乙酰木聚糖脂酶Axe7。利用基因克隆、质粒构建以及在大肠杆菌中表达目标蛋白并纯化等实验方法,获得了该酶的重组蛋白。【结果】以4-甲基乙酸伞形酯(4-Methylumbelliferyl-acetate)作为底物时,该酶的最适反应p H在6.5-7.0之间,最适反应温度为85°C,在最适的温度和p H条件下,Axe7活性半衰期(Half-life)超过4 h。在不同金属离子(1.5 mmol/L)存在下,Axe7活性可保持为最适反应酶活的(66.3±4.6)%-(95.7±2.3)%之间,说明金属离子对其酶活有一定的影响。通过测定酶动力学发现Axe7的Km和kcat值分别为0.39 mmol/L和66.95 s-1。【结论】从高温厌氧微生物中发现并表征一个热稳定性良好的乙酰木聚糖脂酶,为木质纤维素的高温糖化和生物炼制提供了一个可工业化的潜在选择。     

河湖交汇区底栖动物群落特征及生态健康评价——以南四湖为例

为探究河湖交汇区大型底栖无脊椎动物群落特征以及生态系统的健康状况,2020年9月和2021年4月以南四湖流域14条入湖河流的河湖交汇区为研究区域,开展水质、沉积物质量与底栖动物群落调查,共采集到底栖动物55种,隶属6纲15目39科。非度量多维尺度分析表明,春季各样点底栖动物群落相似性比秋季底栖动物群落相似性高,不同季节新薛河(S7)、蟠龙河(S9)和北沙河(S11)3个样点分别具有较高的相似性。冗余分析表明,水体中的总磷、COD_Cr和沉积物中的总碳是影响底栖动物群落的重要环境因子。生物耐污敏感性指数(BMWP)与水质特征相似,对南四湖流域河湖交汇区健康状况的评估具有较强的应用性。结果表明,南四湖流域主要河湖交汇区健康状况总体处在轻微-中度污染水平。本研究可为河湖交汇区生态恢复提供依据。