一种嗜盐古生菌胞外蛋白酶的分离纯化及其酶学特性研究

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嗜盐古生菌是一类极端嗜盐菌,一般在15-20%的盐浓度下生存,因此其所产的胞外蛋白酶也可能在极端环境下保持稳定的活性,有着在高盐、碱性以及高温等严峻环境中应用的潜力。本课题从已鉴定的几株嗜盐古生菌中筛选出一株产胞外蛋白酶能力较高的Halogranum rubrum RO2-11,对其胞外蛋白酶进行分离纯化,并研究了蛋白酶生物学特性和其水解肌肉蛋白的性质,为寻求一种新型食品工业用耐盐蛋白酶提供理论依据。主要研究内容及结果如下:  1.产胞外蛋白酶嗜盐古生菌的筛选及粗蛋白酶性质研究。选取五株嗜盐古生菌Halalkalicoccus tibetensis TBN4、Halogranum rubrum TNN48、Halogranumrubrum RO2-11、Halomicrobiummukohataei9738、Haloplanus aerogenes TBN37,接种于脱脂奶粉平板中,在相同培养条件下培养后测定各平板中水解透明圈直径的大小,其中透明圈直径最大的为Halogranum rubrum RO2-11,说明Halogranumrubrum RO2-11在同样培养条件下产胞外蛋白酶的能力最强。选用Halogranumrubrum RO2-11对其胞外蛋白酶粗酶特性进行初步研究,研究结果表明该蛋白酶可以耐受高浓度的NaC1,表现出耐盐特性;蛋白酶的最适反应温度为50℃,最适反应pH为8.0,并在pH8.0到pH11.0的范围内稳定,表明该酶是一种碱性蛋白酶;Ca2+对该蛋白酶的酶活性表现出促进的作用,金属离子Mn2+和Cu2+则对该蛋白酶有抑制作用;金属螯合剂EDTA可强烈地抑制蛋白酶活性,表明该蛋白酶可能是一种金属蛋白酶,丝氨酸抑制剂PMSF和巯基反应物DTNB则对该蛋白酶的活性影响很小;蛋白酶活性受有机溶剂异丙醇的影响也很小,表明该蛋白酶可耐受一定浓度的有机溶剂。  2.采用超滤浓缩、DEAE-Sepharose Fast Flow离子交换层析和Sepadex G-100凝胶层析三步对嗜盐古生菌Halogranum rubrum RO2-11所产的胞外蛋白酶进行分离纯化,经纯化后的蛋白酶比活力达到8226.64 U/mg,回收率为19%,纯化倍数为32.4倍,经十二烷基硫酸钠-丙烯酰胺凝胶电泳和非变性凝胶电泳后确定该蛋白酶分子量为47 kDa。该蛋白酶在高浓度的盐环境下性质稳定,其最适反应温度为50℃,最适反应pH为8.0且在pH7.0到pH10.0的偏碱性环境下稳定。EDTA对蛋白酶的活性有明显的抑制作用表明此酶是一种金属蛋白酶,在一定浓度的二甲基亚砜、甲醇、乙醇和异丙醇等有机溶剂的存在下,蛋白酶的活力保持稳定,在表面活性剂方面,蛋白酶活力在0.1% Triton X-100条件下较为稳定但却受到SDS的抑制。此外,Ca2+对蛋白酶具有激活作用。根据基质辅助激光解析电离飞行时间串联质谱(MASCOT-TOF/TOF MS)的结果可以推测此蛋白酶与Halogranum salarium所产的蛋白酶有相似的性质。  3.Halogranum rubrum RO2-11胞外蛋白酶水解肌肉蛋白特性及产物分析。提取鲢鱼肌球蛋白,将嗜盐古生菌Halogranum rubrum RO2-11胞外蛋白酶作用于所提取的肌球蛋白,十二烷基硫酸钠-丙烯酰胺凝胶电泳分析其水解情况,甲醛滴定法测定蛋白质水解度,凝胶渗透色谱测定水解产物的分子量分布,氨基酸分析仪测定肌球蛋白水解液中游离氨基酸含量。试验结果表明该蛋白酶对鲢鱼肌球蛋白有着较好的水解能力,水解后氨基酸态氮含量为1076μg/mL;经凝胶渗透色谱分析水解产物的分子量范围在172 Da-180 kDa之间,其中最主要的水解产物分子量为11 kDa;水解产物中含有多种氨基酸,人体必需氨基酸占氨基酸总量的37%,呈味氨基酸占氨基酸总量的13.98%,其中还有牛磺酸、γ-氨基丁酸等功能性氨基酸;此外,提取不同动物来源的肌原纤维蛋白与嗜盐古生菌胞外蛋白酶反应,试验结果表明,此蛋白酶水解范围广泛,对大多数动物性蛋白质都有水解作用,应用潜力巨大。
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