新型深海弹性蛋白酶Pseudoalterin对弹性蛋白的降解机制和适冷机制研究

深海沉积物难降解颗粒有机氮（PON）和高分子量可溶有机氮（DON）多数可以被微生物分泌的特异高效蛋白酶降解，但是对于参与其中的微生物种类、蛋白酶种类和降解机制目前并不清楚。弹性蛋白可能是深海沉积物PON和高分子量DON的重要成分。我们从中国南海深海沉积物菌株的胞外分离了一种M23家族的新型弹性蛋白酶Pseudoalterin。该酶是目前报道的第二个深海沉积物来源的弹性蛋白酶。前期研究显示，它与已报道的第一个深海沉积物弹性蛋白酶对弹性蛋白的降解机制明显不同。本项目在系统研究该酶基本生化和酶学性质基础上，进一步使用扫描电镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）技术在纳米水平上研究该酶对弹性蛋白的降解机制，同时开展不同弹性蛋白酶对弹性蛋白协同降解的研究和该酶适冷机制的研究。本项目将为揭示深海沉积物中难降解PON和高分子量DON中的弹性蛋白的降解机制以及阐明深海氮循环的机理奠定基础。

深海沉积物中难降解颗粒有机氮（PON）和高分子量可溶有机氮（DON）多数可以被微生物分泌的特异高效蛋白酶降解，但是对于参与其中的微生物种类、蛋白酶种类和降解机制目前并不清楚。弹性蛋白可能是深海沉积物PON 和高分子量DON 的重要成分。我们从中国南海深海沉积物菌株的胞外分离了一种M23 家族的新型弹性蛋白酶Pseudoalterin。该酶是目前报道的第二个深海沉积物来源的弹性蛋白酶。前期研究显示，它与已报道的第一个深海沉积物弹性蛋白酶对弹性蛋白的降解机制明显不同。本项目研究表明Pseudoalterin是一个适冷碱性蛋白酶，其最适酶活温度为25°C，与其来自深海相一致，最适pH为pH9.5，与其来源自海洋环境相一致。综合光学显微镜、扫描电镜、质谱等多种技术手段的研究结果，提出了该酶降解弹性蛋白的机制模型。弹性蛋白由丝状纤维通过相互交联形成，使用Pseudoalterin处理后，该酶优先降解丝状纤维之间的亲水交联区，使弹性蛋白变成分散的丝状纤维；随着降解时间的延长，丝状纤维进一步被将解为小球，最后释放出弹性蛋白原单体并进一步降解为可溶的肽段。对弹性蛋白酶Myroilysin和Pseudolysin降解弹性蛋白的机制进行了比较研究，结果表明，三个弹性蛋白酶由于底物偏好性的不同，导致对弹性蛋白不同位点降解的顺序不同，形成了对弹性蛋白不同的降解模式。此外，本项目对Pseudoalterin进行了结晶并解析了晶体结构。本项目为揭示深海沉积物中难降解的弹性蛋白的降解机制以及阐明深海氮循环的机理奠定基础。