微囊藻毒素降解酶MlrA的结构功能分析

潘禹，王华生，詹鸿峰，孙缓缓，范超，刘祖文，闫海

（1 江西理工大学土木与测绘工程学院，江西赣州341000； 2 北京科技大学化学与生物工程学院，北京100083）

引 言

随着水体富营养化现象加剧，淡水蓝藻水华暴发形势愈发严峻[1]。微囊藻毒素(microcystins, MCs)是水华暴发期间检出频率最高、危害最为严重的肝毒性蓝藻毒素[2-3]。MCs 由7 个氨基酸组成，结构通式 为 环 - (Ala(1)-X(2)-MeAsp(3)-Z(4)-Adda(5)-Glu(6)-Mdha(7))，见图1。由于非保守位置(X 和Z)可变L-氨基酸的不同，以及MeAsp基团和Adda基团的甲基化和去甲基化差异，MCs 可形成超过200 种同分异构体，以MC-LR和MC-RR毒性最大且含量最高[4]。

交替双键和环状结构使MCs 在自然环境中保持高度稳定，对多数化学药剂与常见蛋白水解酶具有抗性，甚至在煮沸或极端pH 条件下仍不变性失活[4]。尽管如此，已经有研究发现了部分水生细菌对MCs 具有生物降解活性。目前，已从生态系统中分离表征出70 多株MCs 降解菌[5]，并通过DNA 文库筛选与基因异源表达鉴定出功能水解酶MlrABCD[6]。MlrA(或称为微囊藻毒素降解酶microcystinase)首先攻击MC-LR 的Arg-Adda 肽键，产生低毒线性产物(H-HN-Adda-Glu-Mdha-Ala-Leu-MeAsp-Arg-OH)；接着胞内酶MlrB 识别并水解线性MC-LR 的Ala-Leu 肽键，生成四肽(Adda-Glu-Mdha-Ala-OH)；最后胞内金属酶MlrC 将四肽的Adda-Glu 肽键水解，生成最终产物Adda。MlrD 暂推定为转运蛋白，负责将MCs 或降解中间产物跨膜运输至细菌细胞体内[7]。

作为MCs 细菌降解过程中关键蛋白酶，MlrA 在水生态系统的修复过程中具有潜在应用价值。Dziga 等[8]通过基因克隆在大肠杆菌中过表达MlrA，将其固定在藻酸盐珠粒中用作全细胞生物催化剂，可在短期内(3 d)稳定去除连续流湖水培养基质中的MC-LR。Dexter 等[9]在蓝藻光合自养宿主中异源表达MlrA，使其在半自然条件下催化稳定性大幅度提高，成功实现MCs 水污染的原位修复。……