海洋所發(fā)現(xiàn)催化β-甲殼素衍生物合成的新型幾丁質(zhì)脫乙酰酶
近日,中科院海洋所海藻遺傳與發(fā)育課題組在硅藻β-甲殼素代謝及衍生物合成研究方面取得重要發(fā)現(xiàn),研究成果在 Metabolites 期刊發(fā)表,為研究硅藻中甲殼素代謝的內(nèi)在調(diào)控機制打下了基礎,也為殼聚糖及殼寡糖的綠色工業(yè)化制備提供了一種潛在的新型生物酶。
硅藻是海洋初級生產(chǎn)力的主要貢獻者,甲殼素(幾丁質(zhì))是硅藻重要的碳積累產(chǎn)物,也是海洋中豐度最高的含氮多糖。硅藻源甲殼素為自然界存在較少的β型,與α-甲殼素相比,β-甲殼素分子間相互作用較弱,因此更容易用來合成高附加值衍生物,如殼聚糖和殼寡糖,二者在生物醫(yī)學及工業(yè)生產(chǎn)領域已被廣泛應用。目前甲殼素衍生物多依賴于化學法制備,雖然酶法制備殼聚糖和殼寡糖的研究已有報道,但很少有從β型甲殼素的天然生產(chǎn)者中挖掘生物酶的研究。
本研究從高產(chǎn)β-甲殼素的硅藻威氏海鏈藻(Thalassiosira weissflogii)中鑒定并克隆了幾丁質(zhì)脫乙酰酶(CDA)基因,并對其結構和酶學性質(zhì)進行了研究。結果表明,幾丁質(zhì)脫乙酰酶全長序列(TwCDA)和N端截斷序列(TwCDA-S)在大腸桿菌中表達后同時具有幾丁質(zhì)脫乙酰酶和幾丁質(zhì)酶活性。TwCDA和TwCDA-S均能催化低聚糖(GlcNAc)5的脫乙酰作用,與TwCDA-S相比,TwCDA具有較高的脫乙酰酶活性,并能催化β-甲殼素聚合物的脫乙酰作用(圖1)。TwCDA-S對(GlcNAc)5有較高的甲殼素降解活性,最佳反應溫度為35℃(圖2)。相關結果為硅藻甲殼素代謝的調(diào)控機理研究打下基礎,也為高活性甲殼素衍生物的制備提供了一種潛在的海洋源新型生物酶。

圖1 TwCDAs對β-甲殼素和五聚物寡糖(GlcNAc)5的脫乙酰反應色譜圖

圖2 TwCDAs的甲殼素降解活性
論文的第一作者為中科院海洋所碩士研究生程夢真,論文通訊作者為中科院海洋研究所副研究員邵展茹,該研究得到國家自然科學基金、科技部重點研發(fā)計劃及中科院青促會等項目的資助。
文章信息:
Cheng MZ, Shao ZR, Wang X, Lu C, Li S, Duan DL. Novel chitin deacetylase from Thalassiosira weissflogii highlights the potential for chitin derivative production. Metabolites. 2023, 13(3): 429.
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