[发明专利]热稳定性宏基因组碳酸酐酶及其用途

说明书

本发明涉及具有碳酸酐酶活性的多肽，和编码这些多肽的多核苷酸。本发明还涉及包含这些多核苷酸的核酸构建体、载体以及宿主细胞，连同产生和使用这些多肽的方法。

序列表的引用

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技术领域

本发明涉及多肽(这些多肽被鉴定为从Logatchev热液喷口分离的宏基因组序列，具有碳酸酐酶活性和催化结构域)，和编码这些多肽和催化结构域的多核苷酸。本发明还涉及包含这些多核苷酸的核酸构建体、载体以及宿主细胞，连同生产和使用这些多肽和催化结构域的方法。

背景技术

碳酸酐酶(CA)选择性地且可逆地以高催化效率催化二氧化碳与水的反应以产生碳酸氢盐(反应1)：

这种催化活性可以有利于将CO₂从气体混合物中分离、可以有利于将CO₂转化为替代化学形式，如碳酸氢盐和碳酸盐，并且可以有利于将CO₂从包含碳酸氢盐的组合物、尤其是水性组合物释放。碳酸酐酶(EC 4.2.1.1)在自然界中是丰富的并且发现于生命的所有结构域。然而，许多CA缺乏承受商业应用的热稳定性和物理稳定性。

碳酸酐酶由若干种不同的基因家族编码，这些基因家族包括称为α-CA、β-CA和γ-CA的三种家族(C.T.Supuran,A.Scozzafava和J.Conway编辑,Carbonic anhydrase:itsinhibitors and activators[碳酸酐酶：其抑制剂和活化剂],2004,Boca Raton:CRCPress LLC[博卡拉顿：CRC出版社有限责任公司]；Hewett-Emmett和Tashian,1996,Mol.Phylogenet.Evol.[分子系统发育及进化]5:50-77)。CA的其他种类仅发现于某些生物体，如硅藻中(Xu等人,2008,Structure and metal exchange in the cadmium carbonicanhydrase of marine diatoms[海洋硅藻的镉碳酸酐酶的结构和金属交换],Nature[自然]542:56-61)。不同的CA家族具有非常低的蛋白质序列相似性并且其三维结构不同。另外，CA家族内可能存在结构变异。例如，α-CA可以作为仅含有单条蛋白质链的单体存在，或者可以作为多聚体，如二聚体或四聚体存在，其中多于一种蛋白质链单体通过共价键或离子键或通过物理缔合(如疏水相互作用)或这些的组合而彼此结合(James等人,2014,Thestructure of a tetramericα-carbonic anhydrase from Thermovibrio ammonificansreveals a core formed around intermolecular disulfides that contribute to itsthermostability[来自生氨热弧菌的四聚体α-碳酸酐酶的结构揭示围绕有助于其热稳定性的分子间二硫化物形成核],Acta Cryst.[晶体学报]D70:2607-2618)。无论这些序列和结构差异如何，不同碳酸酐酶的活性位点典型地含有催化必需的Zn(II)离子，当水分子去质子化以呈酶的催化活性形式时，该Zn(II)离子结合水形成Zn氢氧化物亲核试剂(Christianson和Fierke,1996,Acc.Chem.Res.[化学研究述评]29:331-339)。在α-CA中，活性位点锌通过三个组氨酸残基保持在适当位置。