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膜结合吡咯喹啉醌依赖的葡萄糖脱氢酶(glucose dehydrogenase,PQQ-GDH,EC1.1.5.2)是食品添加剂D-异抗坏血酸及其钠盐的合成前体2-酮基-D-葡萄糖酸(2-keto-D-gluconic acid,2KGA)生物合成过程中的关键酶。 本论文对国内2KGA工业生产用菌荧光假单胞菌AR4的膜结合PQQ-GDH进行了分离纯化和鉴定,系统研究了PQQ-GDH的酶学性质,并初步开展了酶促反应动力学的研究,为2KGA高效生产菌株的构建提供一定的理论依据。 主要结论如下: (1)经过超声破碎细胞、Triton X-114两相分离、丙酮沉淀、聚乙二醇6000沉淀、乙醇沉淀以及Hydroxyapatite Fast Flow层析等6个步骤分离纯化,获得了比活为14.6 U/mg、纯化倍数达76.7倍的荧光假单胞菌AR4的膜结合PQQ-GDH。 (2) SDS-PAGE电泳分析结果表明,荧光假单胞菌AR4的膜结合PQQ-GDH是单体蛋白,只有一个亚基,相对分子质量为90 kDa左右。基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱分析结果证明,从荧光假单胞菌AR4分离纯化的蛋白质确实为膜结合的PQQ依赖的GDH,相对分子质量87kDa左右。 (3)酶学性质研究结果表明,荧光假单胞菌AR4的膜结合PQQ-GDH的最适反应pH值为6.0,最适反应温度为35℃,在pH3.0~6.0、15~35℃具有较好的稳定性,在含有20%甘油的磷酸盐缓冲液(pH=6.0)中,荧光假单胞菌AR4膜结合PQQ-GDH的稳定性较高;Mg2+对膜结合PQQ-GDH具有促进作用,Zn2+在10mmol/L对PQQ-GDH具有促进作用,但高于50mmol/L时具有很强的抑制作用;Cu2+、Fe3+、Mn2+、一些常用的有机溶剂(甲醇、乙醇、丙酮和正己烷)、等对该酶具有不同程度的抑制作用;EDTA对膜结合PQQ-GDH的影响具有明显的抑制作用,说明该酶属于金属酶;膜结合PQQ-GDH具有广泛的底物特异性,可以以D-葡萄糖、D-麦芽糖、D-木糖和D-半乳糖为底物,但是不能以蔗糖、D-果糖和D-葡萄糖酸钠作为底物,D-葡萄糖为最适底物;辅因子(辅基)PQQ与酶蛋白的结合是紧密的。 (4)以DCIP-PMS为电子受体,以D-葡萄糖为底物,25℃、pH6.0的条件下,荧光假单胞菌AR4膜结合PQQ-GDH的酶促反应的最大反应速率Vmax为15.552μmol/mg·min,Km为0.040 mol/L;当底物为D-木糖时,膜结合PQQ-GDH酶促反应的最大反应速率Vmax为4.515μmol/mg·min,Km为0.450 mol/L;当底物为D-半乳糖时,膜结合PQQ-GDH的最大反应速率Vmax为5.131μmol/mg·min,Km为0.104 mol/L;当底物为D-麦芽糖时,膜结合PQQ-GDH的最大反应速率Vmax为3.540μmol/mg·min, Km为0.297 mol/L。