聚乳酸生物降解酶与其催化特性.研究

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1、山东大学博

2、上学位论文通过网．’卜数据库及一系列生物信息学软件对降解酶的结构进行了分析。结果显示，PLAase2和PLAase3属于丝氨酸蛋白酶家族的S1A亚族，具有丝氨酸蛋白酶的保守结构域，三联体活性中心并未发生明显变化，分别对应于PLAase2的H71、D103、S190和PLAase3的H32、D58、S135；而且其整体结构也和蛋白酶家族中的其它酶一样具有两个13桶结构域，活性中心处于两个桶之间的裂缝中；对胰凝乳蛋白酶极性环境的稳定性和氧负离子洞形成十分重要的$214残基和G193残基也都存在，分别对

3、应于PLAase2中的S215、G188和PLAase3中的S150、G133。但PLAase2和PLAase3的底物结合口袋具有明显的特异性，关键的216位和226位氨基酸与家族中其它成员的不同；被认为在Pl口袋处形成二硫键为洞穴提供刚性的C19l和C220，及包含了Ca结合位点E70和E80残基，在PLAase2和PLAase3中都不存在。这些结果暗示可能正是由于这些差异性导致了PLAase2和PLAase3结构与其它丝氨酸蛋白酶的不同，其Pl结合口袋可能具有更大的柔性从而造成了特殊的底物特异性，使降解酶

4、更容易与PLA结合。同时本文利用Insightll模建软件，对PLAase2和PLAase3及目前NCBI中收录的PLA降解酶序列进行了同源模建，结果显示这些PLA降解酶在骨架结构上与模板酶没有明显的差别，发生变化的部分主要在于Sl底物结合口袋及表面的loop区，而这些位置已经被证明与酶的底物特异性密切相关，因此推测这些区域可能是使PLA降解酶具有特殊活性的关键结构。另外，系统发育树分析还显示出，这些降解酶只与高GC含量的革兰氏阳性菌的丝氨酸蛋白酶同源性较高(50％左右)，除保守位点外，其它区域序列与家族中其

5、它成员相比相似性很低，推测PLA降解酶处于独特的进化地位，具有“古老”的蛋白酶骨架，而催化活性相关部位具有较高的可塑性。对PLA降解酶系统的深入研究对于揭示这一类特殊酶的功能和进化地位具有重大意义。5．对降解酶降解PLA的机制进行了探讨。基于上述分析结果，对PLA的降解机制进行了探讨，提出了PLA与天然蛋白质结构上的类似性为PLA的降解提供了充分条件；特殊酶的存在是PLA降解的必要条件。推测这类降解酶对PLA具有降解作用不只因为其具有蛋白酶保守的活性位点，更关键的在于其底物结合1：3袋及表而loop区的特殊性

6、，使酶具有了更为广泛的底物特异性，从而能够对PLA进行催化降解。由此还可以预测，山东大学博士学位论文这种具有较高催化可塑性的“原始”酶与进化地位较高的专一性酶相比，具有更大的工程改造潜力。关键词：生物可降解塑料；PLA；Amycolatopsisorientalis；PLA降解酶；丝氨酸蛋白酶；异源表达；降解机制；进化山东大学博上学位论文AbstractAsabackboneinmaterialindustry,petroleum—basedplastichasplayedallimportantrolein

7、everydaylife．However,duetotheever-increasingpollutioncausedbyplasticandlackofpetroleumresources，greenpolymermaterialsgraduallyisbecomingmoreandmorepopularthanpetroleum-basedplastic．Thegreenpolymermaterialsmainlyincludepolyesters，whichhavetheadvantageofbiode

8、gradabilityandrenewability．ThemechanicalpropertiesofnaturalormodifiedpolyestersareequaltOorevenbeuerthanthoseoftheconventionalplastic．Amongallpolyesters，Poly(L·Lacticacid)(PLA)isespeciallypromisingwithitsexcellentphysicochemicalpropertiesandthepotentialpric

9、ebenefit．PLAhasbeensuccessfullyappliedtOmedical，textileandpackagingindustries，whichisconsideredasanovelkindofecologicalmaterialtosubstitutetheexistingplastic．AlthoughPLAhasdistinctadvantagesinpropertie