球形芽孢杆菌漆酶酶学特性和染料脱色研究

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漆酶(Laccase,EC1.10.3.2)是一种环境友好型多酚含铜氧化酶,在催化O2将底物氧化的同时生成水,具有催化氧化活性高、底物范围广的特点,特别是能很好的催化降解纺织印染废水中的芳香族染料和造纸漂白废水中的有机氯化物等,在绿色环保领域备受关注。与应用最广的真菌漆酶相比,细菌漆酶、尤其是芽孢杆菌漆酶因具有耐高温、耐碱性、资源丰富且易于在工业宿主生物中表达等优点而在近些年备受关注。本研究前期发现球形芽孢杆菌C3-41菌株具有广谱染料脱色能力,经鉴定,该菌株可产生三种具有漆酶活性的蛋白,分别命名为Cot A、Cue O、Mcue O,现将其编码基因在大肠杆菌BL21菌株中异源表达,对其表达产物进行了酶学性质及染料脱色研究。异源表达菌株细胞破碎液经盐析、组氨酸标签蛋白亲和层析、透析浓缩后可获得纯化后酶活较高的三种漆酶。纯化的Mcue O蛋白酶活为198.81U/mg,纯化的Cue O蛋白酶活为260.97U/mg,而纯化的Cot A蛋白酶活为329.72U/mg。SDS-PAGE和Western-blot分析显示三种漆酶蛋白的分子量分别是Mcue O为约32KDa,Cue O为约65KDa,Cot A为约100KDa。对酶活影响因素进行了研究,结果显示:在添加的金属离子浓度为0.2m M时,Cu2+和Zn2+对三种漆酶的酶活具有促进作用,Ba2+对三种漆酶酶活影响不大,Fe3+对三种漆酶的酶活具有抑制作用。球形芽孢杆菌漆酶具有良好的热稳定性,在80℃水浴处理30分钟后,酶活可维持在初始酶活的50%以上;同时具有很强的碱度稳定性,在p H10条件下处理5h后,酶活均有较大提升。对纯化后的三种漆酶的染料脱色特性进行了研究,结果显示:单一漆酶对三苯甲烷类染料和蒽醌染料具有一定脱色效果,其中,在p H10时漆酶Cot A和Cue O对孔雀石绿的脱色率可以达到95%以上;0.2m MCu2+的引入促进了漆酶Mcue O、Cue O和Cot A对大部分染料的脱色。对促进漆酶染料脱色的介体进行了初步筛选。在添加的介体浓度为40μM时,AS(乙酰丁香酮)促进了漆酶Cot A、Cue O、Mcue O对结晶紫的脱色,脱色率分别由由单一漆酶时的30.4%、38.0%和26.0%增至57.3%、60.8%和47.0%;ABTS[2,2-联氮-二(3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸)]促进了三种漆酶对亚甲基蓝的脱色,脱色率分别由由单一漆酶时的10.0%、2.0%和12.0%增至86.5%、85.0%和65.0%。三种漆酶对不同染料表现出不同的脱色特性,说明球形芽孢杆菌漆酶在印染废水脱色方面具有不错的潜力和应用前景。
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