枯草芽孢杆菌芽孢皮层裂解酶CwlJ基因的克隆及酶生物信息学分析

高压热杀菌（HPTS）技术是一种重要的食品杀菌技术,能有效杀灭细菌芽孢。分离纯化出芽孢皮层裂解酶CwlJ可用于研究HPTS杀灭芽孢的机理。通过基因克隆得到了皮层裂解酶基因CwlJ,并构建了表达载体pET-28a(+)-CwlJ。结果表明,CwlJ基因大小为440 bp,编码142个氨基酸;生物信息学分析表明,皮层裂解酶CwlJ为亲水性的碱性不稳定蛋白;皮层裂解酶CwlJ中α-螺旋占26.06%,β-延伸链占21.83%,β-转角占4.93%,无规则卷曲占47.18%;不是分泌性蛋白,形成包涵体的可能性为68.11%;与苏云金芽孢杆菌（Bacillus thuringiensis）、苏云金芽孢杆菌（Bacillus thuringiensis）Bt18247的同类酶CwlJ亲缘关系最近。该研究为后续皮层裂解酶CwlJ基因的表达、分离纯化以及阐明HPTS下皮层肽聚糖水解机制奠定了理论基础。     

枯草杆菌芽孢皮层裂解酶的分离纯化以及酶学结构分析

本文采用硫酸铵分级沉淀、离子交换层析和凝胶过滤的方法对皮层裂解酶粗酶液进行分离纯化。结果表明:当硫酸铵的饱和度为60%时,大部分皮层裂解酶被聚集沉淀下来,总蛋白及皮层裂解酶活力较高,酶的比活力为158.22 U/mg,回收率为84.17%,进一步经SP-sephadex C-25离子交换层析法纯化后该酶的比活力为218.31 U/mg,回收率为68.43%,最后使用Superdex 75凝胶过滤进行分离纯化,得到了电泳纯的皮层裂解酶,并且酶的比活力为1690.75 U/mg,回收率为19.45%。纯度为粗酶液的14.98倍,纯化出的皮层裂解酶分子量为61.1 kDa。运用傅里叶光谱(FTIR)对枯草杆菌芽孢皮层裂解酶酶学结构分析,枯草杆菌皮层裂解酶在3415、1665、1080、528 cm~(-1)波数处均有吸收峰,其中在1665 cm~(-1)处有明显的酰胺I带,应用二阶导数和曲线拟合的方法研究枯草杆菌芽孢皮层裂解酶的二级结构,发现枯草杆菌皮层裂解酶中含12.80%的α-螺旋、31.56%的β-折叠、44.97%的β-转角、以及10.68%的无规卷曲。本文为研究HPTS杀灭芽孢的机理提供了实验材料。     

pH值对芽孢皮层裂解酶活性及结构的影响

为探究酸性pH值条件抑制芽孢萌发的机理,研究了不同pH值处理对芽孢皮层裂解酶(CwlJ)的活性和结构的影响。采用傅立叶红外光谱法与荧光光谱法来分析芽孢皮层裂解酶(CwlJ)的二、三级结构与酶的活性之间的关系。实验所采用的pH值为3、5、7、9、11,结果表明:1)p H值为3、5时,随着时间的推移,芽孢皮层裂解酶(CwlJ)被激活,活性很高;2)酶的活性与其二级结构域中的α-螺旋相对含量紧密相关;当pH值从3增加到5时,α-螺旋相对含量不断增大,由36.15%增加到37.29%,当pH值从5增加到7时,α-螺旋相对含量基本不变,当pH值从7增加到11时,α-螺旋相对含量不断的减小,即在pH值为3～5之间酶可能被激活;3)随着pH处理条件的改变,pH值为5的荧光强度最强,内部蛋白质完全展开,空间结构更加松散扩张,三级结构更加稳定。结果表明,在酸性pH值条件下,皮层裂解酶(CwlJ)的结构稳定,活性高,故推测酸对芽孢萌发的抑制作用不是因为其抑制了皮层裂解酶的活性。