来自海洋嗜热菌 Rhodothermus profundi 的 PL39 海藻酸盐裂解酶 algtm3 的表征与结构解析

《World Journal of Microbiology and Biotechnology》：Characterization and domain dissection of a PL39 alginate lyase algtm3 from the marine thermophile Rhodothermus profundi

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摘要

藻酸裂解酶是从褐藻中制备生物活性藻酸寡糖的重要生物催化剂。然而，目前可用的藻酸裂解酶在应用上常常受到热稳定性和催化效率不足的限制。在这项研究中，通过基因组挖掘从嗜热深海细菌 Rhodothermus profundi（类型菌株 PRI 2902? = DSM 22212? = JCM 15944?）中鉴定出一种属于 PL39 家族的藻酸裂解酶，命名为 Algtm3，并将其异源表达在 大肠杆菌 中进行系统的表征。Algtm3 在 70°C 和 pH 8.0 的条件下表现出最佳活性，在 65°C 下孵育 60 分钟后仍能保留超过 90% 的初始活性，显示出优异的热稳定性。结构域截短分析表明，软骨素 AC/藻酸裂解酶超家族结构域和 Hepar_II_III 催化结构域对于维持蛋白质的正确折叠、可溶性产物以及催化活性至关重要。相比之下，删除 C 末端 T9SS 分类结构域后，异源表达系统中的酶活性得到提升，截短变体 Algtm3dc 的活性比野生型酶高 1.98 倍。结构建模和分子对接分析表明，C 末端截短保留了催化核心，同时导致底物结合区域发生局部变化，这可能有助于提高催化效率。薄层色谱（TLC）和电喷雾质谱（ESI-MS）分析显示，Algtm3 可以降解海藻酸钠（sodium alginate）、聚 M（polyM）和聚 G（polyG），主要生成聚合度为 1 至 4 的藻酸寡糖，并兼具内切和外切降解特性。综上所述，这些发现为 PL39 家族藻酸裂解酶的结构域组织和结构-功能关系提供了见解，并凸显了 Algtm3 作为热稳定生物催化剂在高效生产功能性藻酸寡糖方面的潜力。