微囊藻毒素降解酶MlrA的结构功能分析

• 作者: 潘禹 王华生 詹鸿峰 孙缓缓 范超 刘祖文 闫海
• 来源期刊: 化工学报
• 关键词: 微囊藻毒素 酶 生物催化 分子模拟 酶促机制
• 年，卷（期）: 2021,（3）
• 所属期刊栏目: 生物化学工程与技术
• 页码范围: 1643-1653
• 页数: 10页
• 分类号: Q71,X52
• 语种: 中文
• DOI: 10.11949/0438-1157.20200729

摘要

MlrA（亦称microcystinase）是微囊藻毒素（microcystins， MCs）细菌降解途径中负责催化起始反应的关键蛋白酶，其结构特征与底物水解机制尚未明确。使用折叠识别法构建MlrA分子模型，通过分子对接和定点突变分析了酶-底物的结合方式与相互作用，结合蛋白重组表达对酶活性影响机制等进行了探究。结果表明MlrA是定位于细菌细胞质膜的整合膜蛋白，主要由8个跨膜α-螺旋（TM1~8）组成，功能结构域ABI（TM4~7）形成向周质空间开放的底物反应空腔。MlrA催化残基（E172、H205、H260和N264）位于膜内，其侧链投射至反应腔内部。微囊藻毒素LR （MC-LR）采用β-发夹构型与酶结合并将易裂键暴露于水分子附近，其水解机制为E172和H205通过一般碱催化将水分子去质子化激活，对Adda-Arg肽键羰基碳进行亲核攻击；接着H260和N264构成氧阴离子穴以稳定过渡态氧阴离子；最后H205或E172催化胺离去基团发生质子化，使四面体氧阴离子中间体崩解。此外，MlrA不是金属蛋白酶，无法与金属离子（Ⅱ）配位结合，菲咯啉类化合物使酶分子发生非特异性解折叠而失活，EDTA对底物结合位点具有竞争作用。本研究揭示了MlrA的属性与水解机制，为进一步探索MCs微生物降解机理提供一定参考依据。