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谷氨酰胺酶是催化谷氨酰胺分解为谷氨酸的氨基酸水解酶。它广泛存在于真核生物和原核生物中,在许多微生物和哺乳动物的氮代谢过程中起重要作用。但蓝藻中谷氨酰胺酶的酶学特征及生理功能尚不清楚,仅在一些蓝藻的基因组中发现有假定谷氨酰胺酶基因,这些基因编码的未知功能蛋白中有谷氨酰胺酶功能结构域,如集胞藻6803基因组中的slr2079基因。
本研究以模式蓝藻集胞藻6803为研究对象,研究蓝藻谷氨酰胺酶的酶学特征及其生理功能。为研究蓝藻谷氨酰胺酶的酶学特征,本研究克隆了集胞藻6803 slr2079基因,并在大肠杆菌中融合表达,经Ni-NTA亲合柱纯化后,通过对重组蛋白进行酶活测定及动力学分析,发现Slr2079蛋白是以谷氨酰胺为唯一催化底物的谷氨酰胺酶。重组酶Slr2079的最适反应pH为9；最适反应温度为37℃-42℃。该酶和绝大多数微生物源性的谷氨酰胺酶一样均为非磷酸依赖型。有趣的是该酶活性受Na+调节,而这种调节是通过提高对底物的亲和力来实现的。为研究蓝藻谷氨酰胺酶在细胞内的生理功能,本研究通过基因插入失活,构建了缺失slr2079基因的集胞藻6803突变体,并对其进行生理、生化研究。在正常生长条件下,突变体和野生型蓝藻的生长未见差异,表明该基因不是集胞藻6803生长所必需的基因。但在700 mM NaCl胁迫条件下,突变体的生长速率比野生型快1.25倍。半定量RT-PCR结果显示,几个盐胁迫相关基因在突变体与野生型中的表达有所不同:与耐受盐胁迫的相关基因slrl608(gdhB)和slrl751(prc)在突变体中表达提高,而盐敏感的基因sll0262(desD)和slr0213(guaA)在突变体中表达下降。由于重组的S1r2079具有谷氨酰胺酶活性,因此我们试图通过检测在蓝藻中参与氨同化作用的关键酶谷氨酸合成酶和谷氨酰胺合成酶在集胞藻6803中的表达情况来揭示Slr2079在集胞藻6803谷氨酰胺代谢中的生理功能。半定量RT-PCR结果显示,仅谷氨酸合成酶在突变体中表达提高,而谷氨酰胺合成酶表达未见明显变化。这些研究结果表明,在集胞藻6803中,Slr2079可能是通过调节与盐胁迫相关基因的表达来参与应对盐胁迫,而在氮代谢中起次要作用。