微囊藻毒素降解酶MlrA的结构功能分析

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。     

微囊藻毒素降解酶MlrA的生物学特征及催化机理研究进展

蓝藻水华产生并释放的微囊藻毒素（microcystins, MCs）在自然环境中高度稳定，难以被传统水处理技术有效去除，对饮用水安全及生态系统构成严重威胁。通过微生物代谢作用，可实现MCs的高效原位酶促降解。目前，已从天然水体及其沉积物中表征部分具有高效降解MCs能力的细菌，且在酶促途径中鉴别出负责催化起始反应的关键水解酶MlrA（即microcystinase）。本文在阐明MlrA进化关系的基础上，就该酶的活性特征、分子结构与催化机理进行了综述，并对MlrA的研究方向进行了展望，以期为水环境的生物修复提供参考。