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编号:10234889
利福霉素酶的分离纯化及主要性质1
http://www.100md.com 《沈阳药科大学学报》 1999年第4期
     作者:吴文芳 杨俊森 曾青 斯琴 吕安国 张成刚

    单位:中科院沈阳应用生态研究所

    关键词:利福霉素SV;利福霉素酶;分离纯化

    沈阳药科大学学报990414 摘 要 利福霉素SV发酵液经盐析和透析后,再经DEAE52和Sephadex G-100进一步分离纯化,获得聚丙烯酰胺疑胶电泳均一的利福霉素酶,该酶最适反应温度为30~35℃,酶活性的最适pH值在7.0~7.5之间,其分子质量为2.8×104,由单一亚基组成.酶的氨基酸组成测试结果表明此酶含有咪唑基、巯基和α-氨基3个常见的活性功能团,而且每个酶分子中含有1个铜离子,为一金属酶.

    分类号 Q503

    The Study of Purifying and the Main Characteristics of Rifase
, 百拇医药
    Wu Wenfang,Yang Junsen,Zeng Qing,Si Qin,Lu Anguo,Zhang Chenggang

    Institute of Applied Ecology,Academia Sinica,Shenyang,110015

    Abstract A rifase which is a single band electrophoresed by SDS-PAGE was separated and purified from the fermentation liquid of Rifamycin SV by means of salting out and dialysis,and then by DEAE52and Sephadex G-100 chromatograph.The specific activity of decreasing rifamycin biological activities of rifase was 66 003 U/mg .The optimum reaction temperature was 30~35℃.The optimum pH was between 7\^0~7\^5.The molecular weight was 2.8×104.It was comprised of a single subunit.Experimental results showed this enzyme contained imidazole,mercapto group,α-amino three common functional group.Every molecule contained a Cu2+ion,so it was a metal enzyme.
, 百拇医药
    Key words rifamycin SV;rifase;seperation purification

    利福霉素酶(rifase)是地中海拟无枝菌酸菌在生物合成利福霉素SV(rifsv)过程中产生的一种能降低rifsv活性的酶.研究此酶的性质及其对rifsv的作用,将对rifsv发酵过程的代谢调控及提高rifsv的产量具有重要意义.作者对其分离纯化及主要性质进行了较为详细的研究.

    1 材料与仪器

    Rifsv发酵液(东北制药总厂提供);DEAE52和Sephadex G-100(Pharmacia Fine Chemicals);rifsv标准品(中国药品生物制品鉴定所);D-101大孔树指(天津农药厂);ATP、细胞色素C、脱氧核糖核酸酶、过氧化物酶(辣根)、过氧化氢酶(单体)及牛血清白蛋白(上海东风生化试剂厂);菌层和下层培养基(见文献〔1〕).PE-Optima 300型电感偶等离子体发射光谱仪(美国PE公司);835-50型氨基酸自动分析仪(日本日立公司);M8500紫外可见自动分光光度计(江苏泰州无线电厂).
, 百拇医药
    2 实验方法

    2.1 利福霉素酶的分离纯化

    利福霉素SV发酵液离心(25 000 r/min,20 min),取上清液加入(NH4)2SO4至55%饱和度,盐析3~4 h后,离心取其沉淀,用pH 7.4、0.025 mol/L Tris-HCl缓冲液溶解,再离心(28 000 r/min,20 min)取上清液透析过夜,经DEAE52纤维素柱(2.0 cm×25 cm)层析.用含不同浓度NaCl的Tris-HCl缓冲液进行阶段洗脱,收集0.8 mol/L NaCl洗脱液得利福霉素酶粗制品,再经Sephadex G-100柱(1.4 cm×80 cm)层析,用0.025 mol/L NaCl洗脱液洗脱,得利福霉素酶.

    2.2 酶及其亚基分子量的测定
, 百拇医药
    将分纯并浓缩的利福霉毒酶液和牛血清白蛋白(6.7×104)、细胞色素C(1.24×104)、脱氧核糖核酸酶(3.1×104)、过氧化物酶(辣根,4.0×104)、过氧化氢酶(单体,6.1×104)分别经Sephadex G-100柱层析,用0.025 mol/L Tris-HCl(pH 7.4)缓冲液洗脱(流速为15~17 mL/h),每3.0~3.5 mL部分收集后取样,用Folin酚法显色〔2〕,测680 nm吸光值.绘制测定分子质量的标准曲线,再根据利福霉素酶经Sephadex G-100柱层析后的洗脱体积通过分子质量标准曲线,确定其酶的分子质量〔3〕.

    亚基分子质量用超薄SDS-PAGE测定,分离胶浓度为1.5%,参比用已知分子量为(1.75~9.4)×104的标准蛋白.

, 百拇医药     2.3 利福霉素酶分子中金属元素及氨基酸组成的分析

    取2 mL利福霉素酶的纯制剂(蛋白1.2 mg/mL)经酸消化2 h后测其金属元素的组分及含量.

    取干粉纯酶制剂5 mg,加入6 mol/L HCl 1 mL,于110℃水解18 h后,分析其氨基酸组成〔4〕.

    2.4 pH值对利福霉素酶活性的影响

    分别在pH值为4.0、5.0、6.0、6.5、7.0、7.5、8.0、8.5和9.5的Tris-HCl缓冲液中加入等量已纯化的酶液和适量的利福霉素SV(用微量甲醇溶解)及ATP、Mg2+,于30℃水浴中振荡反应2 h后,稀释50倍,于445 nm处测OD值(利福霉素SV在445nm处有特征吸收).

    2.5 温度对利福霉素酶活性的影响
, 百拇医药
    选择pH为7.5的上述反应系统,反应温度分别为10、20、30、35、40和50℃反应2 h后,于445 nm处测OD值.

    2.6 利福霉素酶活性的测定

    用生物效价法表示酶活性.利福霉素酶在一定条件下能降低利福霉素SV的生物效价,而失活的酶则无此作用,因此将有活性与经加热失去活性的利福霉素酶,分别在相同条件下与等量的利福霉素SV(作用底物)反应相同时间后,用单剂量杯碟法测利福霉素SV的剩余效价,用二者效价之差表示利福霉素酶的生物活性.

    反应系统1:0.9 mL利福霉素酶液+30 mL ATP+30μL MgCl2+50μL利福霉素酶,rifsv浓度为40 mg/mL;ATP浓度为50 mg/mL;MgCl2浓度为30.5 mg/mL.

    反应系统2:与系统1不同的是先将0.9 mL的利福霉素酶液煮沸5 min,使酶失活,而后加入相同系统中,将上述两系统同时放入30℃水浴中振荡3 h后,用杯碟法测各自的抑菌圈直径,按lgθ=lgk.〔(ε样+ε样)-(ε标-ε标)〕/〔(ε标+ε样)-(ε标+ε样)〕计算被酶作用后剩余的rifsv的抑菌活性〔5〕.
, http://www.100md.com
    3 结果与讨论

    3.1 利福霉素酶的纯化

    利福霉素SV发酵液经分离纯化后,以0.8 mol/L NaCl洗脱得一峰与活性峰基本重合,因而可确定该峰为利福霉素酶(见图1).将此洗脱下的利福霉素酶经Sephadex G-100柱层析,以洗脱体积毫升数对A值(280 nm)及比活绘制洗脱曲线得3个峰,活性部分在第一峰(见图2).此酶分离纯化全过程见表1.分离纯化总蛋白、总活性主要集中在0.8 mol/L NaCl的洗脱液中,活性回收率达71%以上.经Sephadex G-100纯化后的利福霉素酶其纯化倍数达15倍以上.经SDS-PAGE的纯度检测为一条带(图3).

    Fig.1 Separation of rifase by DEAE 52 chromatography
, 百拇医药
    Fig.3 SDS-PAGE of purified rifase

    1—Sample purified by sephadex G-100;2,3—Rifase fermented liquor

    Fig.2 Separation of rifase by sephadex G-100 chromatography

    Tab.1 Purification of rifase from fermented liquor Purification steps

    Total

    volume/mL

    Total amount

, http://www.100md.com     protein/mg

    Total

    activity/U

    Specific activity

    /U.mg-1

    Purification

    times

    Activity

    recovery/%

    W〗Fermented liquor

    100
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    740

    32 300

    43.65

    1

    100

    55%(NH4)2So4

    138

    401.58

    28 899

    71.96

    1.65

    89.47
, http://www.100md.com
    dialysate

    185

    375.55

    26 818

    71.41

    1.64

    83.02

    DEAE520.15 mol/L NaCl

    50

    21.50

    776

    36.09
, 百拇医药
    0.83

    2.40

    DEAE520.25 mol/L NaCl

    48

    14.88

    601

    40.39

    0.93

    1.86

    DEAE520.40 mol/L NaCl

    47

    12.69
, 百拇医药
    443

    34.12

    0.78

    1.34

    DEAE520.80 mol/L NaCl

    62

    110.36

    23 049

    208.85

    4.78

    71.36

    Schadex G100
, 百拇医药
    15

    6.68

    4 409

    660.03

    15.12

    13.65

    3.2 利福霉素酶的分子质量及亚基分子质量 利福霉素酶经Sephadex G-100柱纯化后,从分子质量标准曲线得该酶分子质量为2.8×104(图4).用超薄SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳测得该酶亚基分子质量约为3.0×104(图5).这一结果与图3结果相似,表明该酶是由单亚基组成.

    Fig.4 Determination of rifase molecular weight by sephadex G-100 chromatography
, 百拇医药
    Fig.5 SDS-PAGE of purified rifase

    1—Rifase fermented liquor;

    2,3—Sample purified by sephadex G-100

    3.3 纯利福霉素酶的氨基酸组成及含量

    纯化的利福霉素酶氨基酸组成测试结果(表2)表明,利福霉素酶中含有一定数量的胱氨酸、组氨酸和精氨酸,它们分别含有巯基、咪唑基和α-氨基.这些活性功能团是某些酶类具有催化能力的必需基团〔6,7,8〕.Tab.2 The amino acid composition and amount of rifase

    Amino acid

, 百拇医药     Ser

    Tyt

    Gly

    Phe

    Leu

    Arg

    Thr

    Lys

    Glu

    His

    Ala

    Iso

    Asp

, 百拇医药     Cys

    Val

    Amount/%

    5.3

    0.4

    6.6

    8.3

    6.0

    4.8

    4.2

    5.3

    8.7

    3.9
, 百拇医药
    4.7

    3.7

    7.6

    4.5

    6.3

    3.4 纯利福霉素酶中金属元素的确定

    表3中列出了利福霉素酶中金属元素的种类和数量,表明此酶为每个分子含一个铜原子的金属酶.据报道〔9〕,含有金属元素的蛋白质普遍具有一定的催化活性.金属元素一般是酶活性中心的组成部分,起络合底物或作为酶的辅基传递电子作用,在金属酶催化活性的研究中,铜是一种已被研究得较为详尽的元素.Tab.3 The kinds of metal elements and amounts of rifase contained

, 百拇医药     Metal elements

    Zn

    Cu

    Fe

    Mo

    Ni

    Co

    K

    Ca

    Ba

    Atom number/enzyme molecule

    0.5

    1.0
, 百拇医药
    0.3

    0.002

    0.006

    0.002

    0.3

    0.04

    0.006

    3.5 利福霉素酶作用的最适pH值

    从pH值对利福霉素酶活性的影响曲线(图6)可以看出,该酶活性随pH值变化为一种罩形曲线,说明具有一般的酶类的典型特征,且在本实验条件下利福霉素酶作用最适pH值为7.0~7.5之间.

    3.6 利福霉素酶的最适反应温度
, http://www.100md.com
    利福霉素酶活性的温度曲线(图7)表明,温度在10~30℃之间时,利福霉素酶活性随温度升高而增加,成线性关系.温度在30~35℃之间时活性变化不大,超过35℃酶活性明显下降,说明该酶活性的最适温度为30~35℃之间.由此可推测,当温度在0~35℃范围之内时,该酶没有发生热构象变化〔10〕.

    Fig.6 pH curve of rifase activity

    Fig.7 Optimum reaction temperature of rifase

    3.7 利福霉素酶的生物活性测定

    利用杯碟法,测得利福霉素酶的活性见表4.
, 百拇医药
    表4说明利福霉素酶经加热失活以后,失去了钝化利福霉素SV的作用,因此B处理组的利福霉素SV抑菌圈大,生物效价高,说明有活性的利福霉素酶作用于利福霉素SV后,确实能降低利福霉素SV的效价.

    Tab.4 Determination of rifase activities by the cup-plate method Sample

    Treatment

    Nalo area/mm

    Residual titer

    μg.mL-1

    Activity unit/

    μg.mL-1
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    1μg.mL-1

    4μg.mL-1

    1

    A

    15.16

    20.38

    1820.6

    B

    15.90

    21.54

    2311.9

    491.8
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    2

    A

    14.82

    20.64

    1811.9

    B

    15.72

    21.80

    2321.3

    509.4

    3

    A

    15.16
, 百拇医药
    21.16

    2012.0

    B

    16.26

    22.28

    2621.3

    618.7

    A—有活性的利福霉素酶;B—加热灭活的利福霉素酶

    国家自然科学基金资助项目

    参考文献

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    收稿日期:1999-01-08, 百拇医药