[发明专利]嗜热长链烷醛醛脱氢酶及其晶体结构

说明书

技术领域：

本发明涉及到用X射线晶体衍射方法确定的一种嗜热长链烷醛醛脱氢酶晶体结构，属于分子生物学和应用微生物学领域。

背景技术：

醛脱氢酶（Aldehyde Dehydrogenase,ALDH）在所有的生物体内普遍存在，这一类酶利用NAD⁺或NADP⁺作为辅酶因子将醛类物质氧化成羧基酸类物质。在生物体中，醛脱氢酶将细胞代谢过程中产生的对机体有毒的醛类物质进行氧化从而完成解毒过程。此外，在烷烃类物质降解的生物转化过程中也有醛脱氢酶的参与，在这个过程中烷基醛作为反应的中间产物出现，在醛脱氢酶的作用下转变成羧基酸进入到细菌下一步新陈代谢过程中。

很多细菌源的ALDH可以氧化较短链长到中等链长的烷基醛（C1-C14），例如，Ishige等人分离到来源于不动杆菌属的菌株M-1中的Ald1，该酶可以氧化含有4-14个碳原子的烷基醛；Okibe等人分离到一种石油降解菌中的HD-1，其可以降解含有2-12个碳原子的烷基醛；Jaureguibeitia等人分离到的红串红球菌中的ThcA，该酶可以氧化含有1-8个碳原子的烷基醛；Yamanaka等人分离得到的噬细胞菌属的菌株KUC-1同样也只能降解含有1-8个碳原子的烷基醛。据我们所知，到目前为止，没有关于降解长链烷醛（碳链长度大于16个碳原子的烷醛）的醛脱氢酶的报道。

为了更加深入了解嗜热脱氮芽孢杆菌（Geobacillus thermodenitrificans）NG80-2中参与正烷烃末端降解途径中的嗜热长链烷醛醛脱氢酶的结构与功能之间的关系，本发明通过基因克隆、蛋白质表达、纯化和悬滴气相扩散结晶方法获得了该嗜热长链烷醛醛脱氢酶的晶体，并通过X射线衍射方法对醛脱氢酶的晶体结构进行了解析。

经文献检索，未发现与本发明的嗜热长链烷醛醛脱氢酶的晶体结构相同的公开文献报道。

发明内容：

本发明的目的在于通过X射线衍射方法，确定嗜热脱氮芽孢杆菌（Geobacillus thermodenitrificans）NG80-2中参与正烷烃末端降解途径中的嗜热长链烷醛醛脱氢酶的晶体结构。为进一步研究该醛脱氢酶的降解机理、理解其结构与功能之间的关系，及将该酶用于环境石油污染治理中提供理论上的指导。

本发明中涉及的嗜热长链烷醛醛脱氢酶其底物为从甲醛到二十烷醛的直链烷醛以及几种芳香醛包括：苯甲醛、苯乙醛、邻苯二醛和邻氯苯甲醛。系统发育分析表明，该醛脱氢酶属于第14个ALDH家族的脂肪族子群，该家族中包含的醛脱氢酶作用的底物不具有很强的特异性。在石油烃降解途径中，长链烷醛脱氢酶是十分重要的关键酶，它能够耐高温并高效利用长链烷醇脱氢酶的催化产物长链烷醛，使其进一步脱氢，提高烷烃降解途径中的催化效率，对该酶的研究为深入研究嗜热脱氮芽孢杆菌（Geobacillus thermodenitrificans）NG80-2降解长链烷烃代谢途径的机制提供了更有利的证据，也为探索其他烷烃降解菌的代谢途径提供理论基础。同时，该酶的嗜热性及降解长链烷醛的能力具有重要的工业应用价值，可以应用于石油污染物、石油废水的处理过程及提高微生物石油采收率。

为了更加深入了解嗜热脱氮芽孢杆菌（Geobacillus thermodenitrificans）NG80-2中参与正烷烃末端降解途径中的嗜热长链烷醛醛脱氢酶的结构与功能之间的关系，本发明通过基因克隆、蛋白质表达、纯化和悬滴气相扩散结晶方法获得了醛脱氢酶的晶体，并通过X射线衍射方法对醛脱氢酶的晶体结构进行了解析。