一种基于金属离子-肌红蛋白突变体复合物的人工金属水解酶的制备及应用制造技术

本发明专利技术涉及蛋白质与生物技术领域，尤其涉及一种基于金属离子‑肌红蛋白突变体复合物的人工金属水解酶的制备及应用。本发明专利技术以肌红蛋白为蛋白质分子设计骨架，在活性中心血红素周围引入谷氨酸，加入MnⅡ或CoⅡ离子，形成金属离子‑蛋白质复合物，构建具有催化功能的人工金属酶，即一种新型的人工金属水解酶。本发明专利技术中的L29E Mb+MnII(或CoII)金属蛋白酶与文献报道的野生型Mb或单独L29E Mb蛋白相比，对DNA具有更好的水解断裂能力，催化效率大大提高，而且催化功能不受空气中O2的干扰。

Preparation and application of an artificial metal hydrolase based on metal ion myoglobin mutant complex

The invention relates to the field of protein and biotechnology, in particular to the preparation and application of an artificial metal hydrolase based on a metal ion myoglobin mutant complex. The invention takes myoglobin as protein molecular design skeleton, introduces glutamic acid around active center heme, adds Mn II or Co II ions to form metal ion protein complex, and constructs an artificial metal enzyme with catalytic function, namely a novel artificial metal hydrolase. The L29E Mb+MnII (or CoII) metalloproteinases in the present invention have better ability of hydrolysis and cleavage of DNA than wild type Mb or single L29E Mb protein reported in literature, and the catalytic efficiency is greatly improved, and the catalytic function is not disturbed by O2 in the air.

【技术实现步骤摘要】
一种基于金属离子-肌红蛋白突变体复合物的人工金属水解酶的制备及应用
本专利技术涉及蛋白质与生物
，尤其涉及一种肌红蛋白突变体与金属离子复合物作为核酸水解酶的应用。
技术介绍
核酸是生物体中最重要的组成物质，是由核苷酸通过磷酸二酯键聚合形成的多核苷酸长链。核酸的切割是通过化学反应将长链的核酸分子断裂成较短的碎片。人工核酸切割剂的研究是上世纪八十年代发展起来的生物无机化学领域的重要分支，人工核酸切割试剂可作为多种天然核酸酶的模型，也可作为化疗药物用于治疗肿瘤及遗传疾病，还可以作为DNA结构探针用于研究DNA结构及蛋白质与DNA的相互作用等。在体外重新组合成具有某种新功能或比原DNA序列更为有效的重组DNA分子的过程，涉及到对DNA序列进行切割、修饰和连接等复杂操作。然而在生理和非酶条件下，DNA的磷酸二酯键非常稳定，不易被水解。在过去的几十年，基因工程和蛋白质工程技术的迅猛发展，多核金属配合物用作核酸切割试剂的研究取得了引人注目的进展。据研究，约1/3蛋白质与特定金属离子结合来维持其结构和生物功能，这类蛋白称之为金属蛋白。金属酶的活性部位一般都含有两个或多个协同作用的金属离子，这些金属蛋白的金属中心一般都具有独特的配位方式和配位集合结构，而正是由于配位后的这种特殊的结构和排列，使金属蛋白和金属酶具有特殊的功能和活化中心。天然金属酶的高催化活性，归因于其活性中心金属离子与周边的氨基酸残基的协同作用。因此，模拟天然金属蛋白和金属酶中的多核活性中心结构，能够合成具有降解核酸功能的人工金属水解酶。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种肌红蛋白突变体与金属离子复合物作为核酸水解酶的应用，本专利技术提供的金属离子-肌红蛋白突变体复合物对DNA有很好的水解断裂能力。本专利技术提供的肌红蛋白突变体的氨基酸序列如SEQIDNO:1所示。本专利技术提供的肌红蛋白突变体是在野生型肌红蛋白的氨基酸序列中，第29位氨基酸由L突变为E。实验结果表明，该突变体蛋白结合金属离子后，能快速催化水解DNA分子的基本单元核苷酸中的3′,5′-磷酸二酯键，其水解效率受温度、反应时间的影响。实验结果表明，MnII(或CoII)-L29EMb复合物，通过水解机制将双链DNA断裂成线状和开环缺口状态，具有类似于天然核酸内切酶性质。而且，这一催化活性远远高于野生型Mb或单独L29EMb蛋白。本专利技术提供的肌红蛋白突变体在制备裂解核酸的制剂中的应用。本专利技术提供的肌红蛋白突变体与金属离子复合物在制备裂解核酸的制剂中的应用。本专利技术中，所述核酸为DNA。本专利技术提供了一种裂解核酸的制剂，包括SEQIDNO:1所述的肌红蛋白突变体和金属离子，所述金属离子为Zn2+、Cu2+、Ni2+、Co2+或Mn2+。本专利技术中，肌红蛋白突变体与金属离子的摩尔比为1:(0.5～2)。一些具体实施例中，肌红蛋白突变体与金属离子的摩尔比为1:2。本专利技术中，肌红蛋白突变体的终浓度为10μmol/L，金属离子的终浓度为5～20μmol/L。一些具体实施例中，金属离子的终浓度为20μmol/L。本专利技术还提供了一种裂解核酸的方法，将核酸溶液与本专利技术提供的裂解核酸的制剂混合，20～40℃反应10～40min。本专利技术中，所述的温度为20～40℃。一些具体实施例中，温度为37℃。本专利技术中，所述的反应时间为10～40min。一些具体实施例中，反应时间为30min。本专利技术中，核酸溶液中核酸的浓度为0.01μg/μL。本专利技术中，核酸溶液与所述制剂的体积比为1:1。本专利技术以肌红蛋白为蛋白质分子设计骨架，在活性中心血红素周围引入谷氨酸，加入MnⅡ或CoⅡ离子，形成金属离子-蛋白质复合物，构建具有催化功能的人工金属酶，即一种新型的人工金属蛋白水解酶。本专利技术中的L29EMb+MnII(或CoII)金属蛋白酶与文献报道的野生型Mb或单独L29EMb蛋白相比，对DNA具有更好的水解断裂能力，催化效率大大提高，而且催化功能不受空气中O2的干扰。附图说明图1示MnII滴定各蛋白的ITC数据:WTMb(A)，L29EMb(B)；图2示CoII滴定各蛋白的ITC数据:WTMb(A)，L29EMb(B)；图3示L29EMb与不同金属离子结合水解断裂DNA，lane1:DNA；lane2:L29EMb+Zn2+(1:2)；lane3:L29EMb+Cu2+(1:2)；lane4:L29EMb+Ni2+(1:2)；lane5:L29EMb+Co2+(1:2)；lane6:L29EMb+Mn2+(1:2)；图4示L29EMb+Mn2+水解断裂DNA，lane1:DNA；lane2:L29EMblane3:L29EMb+Mn2+(1:0.5)；lane4:L29EMb+Mn2+(1:1)；lane5:L29EMb+Mn2+(1:1.5)；lane6:L29EMb+Mn2+(1:2)；lane7:Mn2+(20μM)；图5示L29EMb+Mn2+(1:2)随时间变化水解断裂DNA；图6示L29EMb+Mn2+(1:2)隔绝氧气条件下随时间变化水解断裂DNA；图7示L29EMb+Co2+(1:2)随时间变化水解断裂DNA；图8示L29EMb+Co2+(1:2)隔绝氧气条件下随时间变化水解断裂DNA；图9示WTMb+Mn2+(1:2)随时间变化水解断裂DNA；图10示WTMb+Mn2+(1:2)隔绝氧气条件下随时间变化水解断裂DNA；图11示WTMb+Co2+(1:2)随时间变化水解断裂DNA；图12示WTMb+Co2+(1:2)隔绝氧气条件下随时间变化水解断裂DNA；图13示DNA水解片段重连细菌转化实验：(a)感受态细胞XL-10Gold转化于氨苄培养皿,(b)pUC19DNA转化于氨苄培养皿,(c)L29EMb+Mn2+(1:2)断裂后DNA的产物不加T4连接酶转化于氨苄培养皿,以及(d)加T4连接酶转化于氨苄培养皿。具体实施方式本专利技术提供了一种肌红蛋白突变体与金属离子复合物作为核酸水解酶的应用，本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本专利技术。本专利技术的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本
技术实现思路
、精神和范围内对本文的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本专利技术技术。本专利技术采用的试材皆为普通市售品，皆可于市场购得。下面结合实施例，进一步阐述本专利技术：实施例1基于基因工程和蛋白质工程，运用定点突变技术，在肌红蛋白血红素空腔29位引入谷氨酸，在大肠杆菌BL21(DE3)中表达，并通过离子交换、柱层析等方法，进行蛋白质分离纯化，获得L29EMb突变体蛋白。实施例2配制20μM的WTMb(野生型肌红蛋白)、L29EMb。配制600μM的MnCl2、CoCl2水溶液。MnII滴定WTMb及L29EMbITC测试，如图1。CoII滴定WTMb及L29EMbITC测试，如图2。实施例3配制200μM的L29EMb。配制400μM的ZnCl2、CuCl2、NiCl2、CoCl2、MnCl2水溶液。移取上述的L29EMb分别与不同金属离子溶液等体积混合(摩尔当量为：1:2)，静置30min。反应本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种肌红蛋白突变体，其氨基酸序列如SEQ ID NO:1所示。

【技术特征摘要】
1.一种肌红蛋白突变体，其氨基酸序列如SEQIDNO:1所示。2.权利要求1所述的肌红蛋白突变体与金属离子复合物在制备裂解核酸的制剂中的应用。3.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，所述核酸为DNA。4.一种裂解核酸的制剂，其特征在于，包括权利要求1所述的肌红蛋白突变体和金属离子，所述金属离子为Zn2+、Cu2+、Ni2+、Co2+或Mn2+。5.根据权利要求4所述的制剂，其特征在于，权利要求1所述的肌红蛋白突变体与金属离子的摩尔比为1:(0.5～2)。6.根据权利要求4所述的制剂...

【专利技术属性】
技术研发人员：林英武，史振华，杜可杰，
申请(专利权)人：南华大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43