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碱性木聚糖酶表达及耐热性改造

文献类型： 中文期刊

作者： 张铱洋;刘拓宇;王苑;田健;关菲菲

作者机构：

关键词： 木聚糖酶;表达量;耐热性;催化效率;机制解析

期刊名称：中国农业科技导报(中英文)

ISSN： 1008-0864

年卷期： 2025 年 27 卷 8 期

页码：

收录情况： 北大核心（2023版） ; ; CSCD（2025-2026年度） ; ; 科技核心（2024版） ; ; 农林核心（2024版）

摘要： 木聚糖酶(EC 3.2.1.8)是一种重要的工业酶,广泛应用于食品、饲料、造纸、纺织和生物燃料等行业。Pm10868是来源于瘤胃纤毛虫基因组的木聚糖酶,它能够在酵母中表达,但是在大肠杆菌BL21中无法表达。为了提高木聚糖酶Pm10868在大肠杆菌中的表达量,并深入探究在大肠杆菌中可溶性表达量与氨基酸序列之间的关系,利用实验室已有蛋白质表达量预测模型MPB-EXP和蛋白多点突变体生成模型MPB-MUT筛选到排名靠前的3条木聚糖酶,对其表达量、耐热性和催化效率等酶学性质进行检测。结果显示,3个木聚糖酶在大肠杆菌中的表达量均大幅提升。其中,木聚糖酶Pm10868-117(138.9 U·mg^(−1))的酶比活约为酵母表达的野生型Pm10868(62.5 U·mg^(−1))的2倍,其k_(cat)/K_(m)为228.09 mL·min^(−1)·mg^(−1),是野生型Pm10868的1.2倍。在45℃条件下孵育1 h,野生型Pm10868的酶活为原始酶活的27%,而Pm10868-117的酶活为原始酶活的81%,约为野生型的3倍。在50℃下孵育20 min,野生型Pm10868的酶活仅为原始酶活的6%,而Pm10868-117的酶活为原始酶活的49%。综上,木聚糖酶Pm10868-117的酶比活、催化效率和耐热性方面都有较大提升。分子动力学模拟分析发现,Pm10868-117的CBM(cellulose-binding motif)结构域的波动明显减小,有助于增强突变体蛋白的整体热稳定性及其与底物的结合能力,从而提升催化效率。以上研究结果对阐明木聚糖酶具有不同酶学性质的构效关系具有重要意义,同时为木聚糖酶在不同应用场景需求的分子设计奠定理论基础。

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