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Yersinia spp. 来源植酸酶的构效关系解析及酶学性质的分子改造

批准号:
32060772
项目类别:
地区科学基金项目
资助金额:
35.0 万元
负责人:
袁林
依托单位:
学科分类:
饲料学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
袁林

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
当前商业化植酸酶的酶学性质难以完全满足饲料工业的要求,改良植酸酶的酶学性质有利于提高其在饲料中的有效性。YiAPPA是目前已知的活性最高的植酸酶,YrAPPA是与YiAPPA结构相似的植酸酶中蛋白酶抗性、酸性条件下酶活和热稳定性最优良的植酸酶。鉴于YiAPPA、YrAPPA在结构、催化机制上的相似性,以及酶学性质的差异性,本课题采用基于结构的基因重组技术和定点突变技术构建两者的杂合酶和点突变体,通过比较杂合酶、点突变体与YiAPPA、YrAPPA的酶学性质,确定与酶学性质相关的关键结构区域和氨基酸残基。进一步结合突变体的性质和模拟的蛋白质结构,分别阐明YiAPPA、YrAPPA具有优良酶学性质的分子机制。并在此基础上,分别对这两种植酸酶的酶学性质进行分子改造,以获得更适用于饲料工业的植酸酶。本研究有助于进一步了解植酸酶的催化机理,为植酸酶的酶学性质改良提供理论依据和设计思路。
英文摘要
The enzymatic properties of current commercial phytases are difficult to fully meet the requirements of feed industry. Improvement of phytase performance can enhance the effectiveness of phytases as feed additive. YiAPPA is characterized as the phytase with the highest activity ever reported. YrAPPA is one of the phytases which show structural similarity to YiAPPA, and exhibits the highest protease resistance, acidic activity and stability among the phytases. Based on the similarities in structural characteristics and catalytic mechanism, and the differences in enzymatic properties, structure-based fragment shuffling is used to generate hybrids between YiAPPA and YrAPPA. The key regions for different enzymatic properties of YiAPPA and YrAPPA are identified by comparing the enzymatic properties of the hybrids, YiAPPA and YrAPPA. Further, site-directed mutagenesis is used to construct point mutants to identify important residues associated with the enzymatic properties of YiAPPA and YrAPPA. Molecular basis of the maintance of fine enzymatic properties and structure-function relationship of YiAPPA and YrAPPA are revealed by analyzing the enzymatic properties and tertiary structure of mutants. And on this basis, the enzymatic properties of this two phytases were modified to obtain phytases which were more suitable for feed industry. This study helps to further understand the catalytic mechanism of phytase. Moreover, this study can also provide effective strategies for commercial production of phytases of improved enzymatic properties.
植酸酶作为饲料添加剂有着广阔的应用前景。为使植酸酶更适于饲料加工的高温处理过程,获得高活力且热稳定性良好的突变酶是植酸酶研究的热点之一。本项目以目前已知酶活力最高的植酸酶YiAPPA为出发酶,在其结构与功能相关信息的基础上,采用多种半理性蛋白质分子改造策略对植酸酶YiAPPA进行热稳定性提高的分子改造:基于基因重组技术获得了热稳定性显著提高并且植酸酶活性基本不变的植酸酶突变体Yr-Mut;基于进化偶联饱和突变策略和二硫键引入策略获得了热稳定性及蛋白酶抗性提高的植酸酶突变体A108C/S322C;基于蛋白质分子表面氨基酸突变策略获得了活性和热稳定性显著提高的突变体K189R/K216R;基于离子键引入策略获得了热稳定性显著提高的突变体T209K/S220E/N237D。突变酶的酶学特性使其在饲料工业具有巨大的应用潜力,本研究为突变酶在饲料工业的应用奠定了理论基础。此外,本研究通过对比分析植酸酶YiAPPA和突变酶的酶学特性,并结合酶分子的分子结构建模解析和分子动力学模拟分析,阐明了突变酶的酶活力和热稳定性提高的分子机制。向突变酶中引入次级键(包括二硫键、氢键、离子键),提高了酶分子中部分结构单元的稳定性,进而使酶分子的热稳定性得到提高。突变酶中邻近活性中心的氨基酸残基发生突变,使得酶与底物总结合能的降低以及催化氨基酸 His28 与底物植酸的 C6 磷酸基团之间亲核攻击距离缩短,显著提高了突变体对底物的亲和力,从而使酶分子的酶活力得到提高。本研究揭示了植酸酶YiAPPA的分子结构与酶活力及热稳定性之间的相关性,也为其他酶的活性和热稳定性改造提供了理论依据和设计思路。
Yersinia spp. 来源植酸酶的构效关系解析及酶学性质的分子改造
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    --
  • 资助金额:
    35万元
  • 批准年份:
    2020
  • 负责人:
    袁林
  • 依托单位:
国内基金
海外基金