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食线虫真菌体壁降解蛋白酶的晶体结构解析和催化活性的关键结构特征

梁连铭  杨金奎  柳树群  张克勤  
【摘要】:食线虫真菌分泌的体壁降解蛋白酶在侵染线虫过程中可以降解线虫体壁的蛋白质成分,帮助真菌入侵。食线虫真菌体壁降解蛋白酶包括碱性蛋白酶和中性蛋白酶,分别来源于捕食类和内寄生类真菌。晶体结构比较和酶学性质分析表明体壁降解蛋白酶对底物结合位点的氨基酸残基有一定的偏好性,但降解线虫体壁蛋白没有特异性,为广谱性蛋白酶。生测实验表明碱性蛋白酶比中性蛋白酶具有更高的杀线虫活性和较长的作用时间。为了进一步研究不同食线虫真菌来源的体壁降解蛋白酶的结构和功能的相关性,通过同源模建的方法构建了一系列体壁降解蛋白酶的结构,从结构和生化性质两个方面比较了两类蛋白酶的结构与体壁降解活性的关系。同时序列比对表明体壁降解蛋白酶的催化三聚体和底物结合区非常保守,碱性蛋白酶具有保守的二硫键,而中性蛋白酶没有二硫键。通过分子动力学模拟分析发现二硫键不但能够维持分子的热稳定性,而且可以提高活性中心(S1和S4口袋)的构象柔性,进而提高底物催化效率。中性蛋白酶没有二硫键,其较多的分子内氢键起到维持分子稳定性的作用。分子表面静电势比较发现从中性蛋白酶到碱性蛋白酶,其分子表面静电势逐渐从带有大量负电荷转变为带有大量正电荷。由于线虫体壁带有较多的负电荷,因此带电性质的不同可能影响到蛋白酶对底物(线虫体壁)的静电吸引。研究结果表明二硫键和分子表面静电势是影响体壁降水平的关键结构特征,这种结构特征的差异可能是在进化中由于生存适应和选择压不同导致的。

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