乳链菌肽的生物合成及其分子结构与功能的关系

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1、!"卷#期微生物学报&’()!"0’)#"$$"年%$月!"#$%&"’()&(*(+&"$,&-&"$*+,’-./"$$"!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!乳链菌肽的生物合成及其分子结构与功能的关系"陈秀珠张振中贾士芳陈美玲还连栋""（中国科学院微生物研究所北京%$$$:$）!"#"$%"&#’$()*#"#+$,-)*.*/+("&$#)"0#%*(1**$2(345(43*+$,64$5("&$&7!"#"$8&/*54/*"""4;.<=>?@;’?A;BBD;>EB

2、>(>BL><）是乳酸乳球菌乳酸亚种（;5+$(+(++&#.5+$%#L?-LM).5+$%#）某些菌株产生的一种小肽，亦称之为乳酸链球菌肽或乳酸链球菌素。由于它对许多革兰氏阳性菌，包括葡萄球菌（8$5<20.(+(++&#）、梭菌（3.(#$,%6%&7）、芽孢杆菌（95

3、+%..&#）、利斯特氏菌（;%#$’,%5）等造成食品严重危害的腐败菌有强烈抑制作用，并对人体安全无毒，是人们广为应用的一种天然食品防腐剂，已被全世界#$多个国家和地区用于乳制品、罐头食品、植物蛋白食品、肉制品的防腐保鲜。近年来，作者一直致力于这种天然食品防腐剂的研究与开发。在国家自然科学基金和中国科学院［%］“八五”重点项目的资助下，建立了定向筛选乳链菌肽产生菌的方法，在获得乳链菌肽高产突变株乳酸［"］［5，!］乳球菌（;).5+$%#）KH"的基础上，对其发酵条件、产物的提取、纯化和性质进行了研究，并与浙江天台银象生物化工厂和中国食品发酵工业研究所合作，使该产品中试和应用试验获得成

4、功；在国家“九五”科技攻关项目和中国科学院“九五”重点项目资助下，完成了工业化规模生产试验，现已建厂投产，其产品销往国内外市场。同时，作者对乳链菌肽产生菌进行了分子生物学研究，构建了乳酸乳球菌KH"的基［#］因文库，从中筛选到含有完整乳链菌肽生物合成基因簇的!G835，克隆和表达了编码乳链菌肽前体的［2］结构基因（"%#A）。这将为深入研究乳链菌肽分子结构与功能的关系及进一步改造乳链菌肽的分子特性奠定了基础。9乳链菌肽的分子结构［1］%1N%年，O/’LL和F’/.((阐明了乳链菌肽分子的结构。成熟的乳链菌肽分子由5!个氨基酸组成，含有#个硫醚键形成的分子内环，其中一个是K(B3D3K(

5、B，称为羊毛硫氨酸（HB<），其它!个是K-?3D3K(B，称为"3甲基羊毛硫氨酸（F.HB<）。另外，在第#位和第55位残基各有一个脱氢丙氨酸（P;B），第"位残基"国家“九五”科技攻关项目（1234$53$%3$#）中国科学院“九五”重点项目（671#38%355%）""通讯作者（微生物资源前期开发国家重点实验室）作者简介：陈秀珠（%1!!9），女，浙江宁波人，副研究员，主要从事乳酸菌分子遗传学研究。收稿日期："$$%3%$3:，修回日期："$$%3%%3":@期陈秀珠等：乳链菌肽的生物合成及其分子结构与功能的关系>.2［+］有一个!!甲基脱氢丙氨酸（"#$）。当%&’#()*等克隆

6、和测定了!"#,结构基因"-,序列以后，才发现成熟分子中的脱氢丙氨酸、!!甲基脱氢丙氨酸、羊毛硫氨酸和!!甲基羊毛硫氨酸等稀有氨基酸是经翻译后修饰而产生。这种翻译后修饰作用涉及丝氨酸脱水成脱氢丙氨酸和苏氨酸脱水成!!甲基脱氢丙氨酸，然后半胱氨酸的巯基侧链与脱氢丙氨酸和!!甲基脱氢丙氨酸反应，生成含有硫醚环结构的羊毛硫氨酸和!!甲基羊毛硫氨酸。乳链菌肽分子由.个结构域组成：-!端结构域（/012位残基）含有,、%、3/个环，3!端结构域（..0.+位残基）含有"和4.个互相缠绕的环。用核磁共振（-56）测定了,、%、3环以及"、4环的方向，发［2，17］现这两个结构域都具有疏水面和亲水面的

7、两亲结构。-898*:是1221年发现的一个乳链菌肽天然变异体，它与-898*,的差异仅是一个氨基酸取代，即第.;［11］位的组氨酸（<89）变成了天冬酰氨（,9*）。这种改变并不影响-898*:的抗菌活性，却使-898*:较之［11，1.］-898*,有更好的扩散性和在高于=<>的溶液中有更好的溶解度。!乳链菌肽的生物合成［1/，1?］在上个世纪七、八十年代，一些研究者根据质粒消除和接合转移实验推测乳链菌肽生物合成基因位于质粒上，