糖基化对毕赤酵母表达的β-葡萄糖苷酶Bgl3A的酶学性质影响

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糖基化修饰是生物体内最常见的一种蛋白质翻译后修饰,可以影响蛋白分泌、稳定性,以及免疫原性等生物学功能。自然界中真核微生物分泌大量糖苷水解酶用于降解植物多糖。这些糖苷水解酶经常发生N/O-糖基化修饰,从而影响酶的活性和稳定性。本论文中以来源于嗜热真菌篮状菌(Talaromyce leycettanus JCM12802)的β-葡萄糖苷酶bgl3A为研究材料,比较了该基因在三种真核表达系统(篮状菌,毕赤酵母和腐质霉)和一种原核表达系统(大肠杆菌)中不同程度糖基化修饰对酶学性质的影响。通过N/O-糖基化单点突变和毕赤酵母表达,初步分析了不同位点,不同类型糖基化修饰对酶的影响。主要研究结果如下:  (1)四种重组Bgl3A的酶学性质比较  β-葡萄糖苷酶Bg13A分别在四种系统中成功表达并纯化成单一蛋白。SDS-PAGE分析表明不同真核系统表达的重组Bgl3A存在不同程度的N-糖基化修饰和O-糖基化修饰,其中腐质霉表达系统中的糖基化修饰程度低于其他两种真核表达系统。酶学性质比较发现不同表达系统来源的重组Bgl3A性质差异较大,如pH稳定性(篮状菌>大肠杆菌>腐质霉>毕赤酵母)、纤维二糖催化效率(腐质霉,91s-1mM-1>毕赤酵母,89s-1mM-1>篮状菌,27s-1mM-1>大肠杆菌,12s-1mM-1)。结果表明不同系统表达酶蛋白存在不同程度的糖基化后修饰,这些糖基化后修饰对酶蛋白的性质有一定影响。  (2)N-糖基化对β-葡萄糖苷酶Bgl3A酶学性质的影响  通过定点突变构建N-糖基化突变体并进行酶学性质分析。突变体S228A分泌蛋白产量极低,仅能微量检测到酶活力;突变体T44A和S299A的最适pH和温度没有改变,但二者的Tm值和70℃下的热稳定性都明显优于野生型。以纤维二糖为底物时,突变体T44A和S299A的催化效率基本不变。由此可知,N-糖基化主要影响Bgl3A的分泌和热稳定性,其中N226位点的N-糖基化在酶的折叠和分泌中起重要作用,且不同位点的N-糖基化修饰因其结构上的差异而导致了酶学性质的丰富性。  (3)O-糖基化对β-葡萄糖苷酶Bgl3A酶学性质的影响  同时构建O-糖基化突变体。与野生型相比,突变体的最适温度和pH均没有发生明显变化,但不同程度地拓宽了Bgl3A的pH稳定性,即T443A>T436A>T437A>WT。酶促反应动力学分析表明T443A对两种底物的催化能力明显降低,而突变体T436A和T437A对纤维二糖的催化效率具有一定的提高。结果表明T443位点的O-糖基化对维持Bgl3A的活性起到关键作用,而T436和T437位点的O-糖基化有可能影响到Bgl3A的三维结构,进而对催化效率起到一定作用。由于糖链与缓冲液相互作用,O-糖基化对Bgl3A的pH稳定性起到重要作用。  本论文通过比较四种系统表达β-葡萄糖苷酶Bgl3A的酶学性质,初步得出不同糖基化对Bgl3A的性质影响不一。在毕赤酵母表达系统中,构建不同类型糖基化突变体并比较酶学性质,结果可知N-糖基化主要影响Bgl3A的催化效率,O-糖基化主要影响Bgl3A的pH稳定性。这一结论可为糖基化对β-葡萄糖苷酶Bgl3A影响机理的研究提供一定理论基础。
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