基于体外分子进化技术提高Aspergillus niger来源葡萄糖氧化酶的热稳定性和催化效率研究

【作者】 涂涛； 蒋肖； 黄火清； 罗会颖； 姚斌；

【机构】 中国农业科学院饲料研究所农业农村部饲料生物技术重点实验室；

【摘要】 葡萄糖氧化酶(Glucose oxidase, Gox, EC 1.1.3.4)是一种黄素蛋白,黄素腺嘌呤二核苷酸(flavin adenine dinucleotide, FAD)与酶分子非共价结合。在催化反应过程中,Gox利用FAD作为氧化还原反应的载体,以分子氧为电子受体,将β-D-葡萄糖催化氧化成葡萄糖酸内酯和过氧化氢。基于该催化反应的特点,Gox被广泛应用于化学、食品、临床诊断、生物制药等领域。本研究中,以Aspergillus niger来源的葡萄糖氧化酶GoxA为研究对象,利用根据Gox颜色反应原理建立的毕赤酵母高表达菌株高通量快速筛选方法,采用随机突变和理性设计的策略对其热稳定性和催化效率进行分子进化,获得了一株热稳定性和催化效率均显著提高的突变体M8。突变体M8的最适温度与野生型GoxA保持一致,为40℃;在70℃处理10 min后的剩余酶活由野生型的14%提高到90%;在80℃处理2 min后的剩余酶活由野生型的5%提高到78%;催化效率较野生型提高了1.7倍。改良后的突变体M8其综合性能要明显优越于目前报道的同类酶,完全满足于应用成产的需求。分子动力学模拟(Molecular dynamics simulation)分析结果表明,每个突变位点在热稳定性和催化效率提高上的分子机理各不相同。本研究一方面为Gox结构与功能关系探讨提供了有用信息,更为扩展Gox的实际应用提供了有用素材。更多还原