王玲玲,刘亚敏,谢小保,施庆珊.微生物胞外聚合物γ-聚谷氨酸分子微观构型变化中的离子特异性效应[J].环境科学学报,2019,39(12):3941-3949
微生物胞外聚合物γ-聚谷氨酸分子微观构型变化中的离子特异性效应
- Specific ion effects in the conformational changes of microbial extracellular polymer poly-γ-glutamic acid
- 基金项目：国家自然科学基金青年科学基金项目（No.21607031）；广东省自然科学基金项目（No.2018A030313656）
- 王玲玲
- 广东省微生物研究所, 广东省科学院, 华南应用微生物国家重点实验室, 广东省菌种保藏与应用重点实验室, 广东省微生物应用新技术公共实验室, 广州 510070
- 刘亚敏
- 广东省微生物研究所, 广东省科学院, 华南应用微生物国家重点实验室, 广东省菌种保藏与应用重点实验室, 广东省微生物应用新技术公共实验室, 广州 510070
- 谢小保
- 广东省微生物研究所, 广东省科学院, 华南应用微生物国家重点实验室, 广东省菌种保藏与应用重点实验室, 广东省微生物应用新技术公共实验室, 广州 510070
- 施庆珊
- 广东省微生物研究所, 广东省科学院, 华南应用微生物国家重点实验室, 广东省菌种保藏与应用重点实验室, 广东省微生物应用新技术公共实验室, 广州 510070
- 摘要：微生物胞外聚合物对金属离子的络合影响其形态、流动性、生物利用度和生物修复的效率，在生物处理和生物修复中起到关键作用.本文研究了一种常见土壤微生物地衣芽孢杆菌（Bacillus lichenformis）生产的胞外聚合物γ-聚谷氨酸（γ-PGA）与钙、镁、铅离子结合前后的分子构型变化.结果表明，pH对γ-PGA的二级结构具有显著影响，而离子强度（0~50 mmol·L-1）对γ-PGA的二级结构影响不大.Ca2+和Mg2+的加入对γ-PGA二级结构并无影响，而Pb2+的加入则对γ-PGA二级结构产生了显著影响.酸性条件下，γ-PGA结构通过两种分子内氢键稳定，形成稳定的α-螺旋结构，随着pH上升，侧链和骨架之间的氢键被破坏，加上不断增加的静电排斥力，使其α-螺旋结构向更加无规的β-折叠和无规线团结构转变.Pb2+的加入不仅会破坏侧链和骨架之间的氢键，还可能破坏骨架中CO和NH之间的氢键.而Na+、Ca2+和Mg2+虽然能够与γ-PGA络合，却无法改变γ-PGA的二级结构.
- Abstract：The complexation of metal ions by microbial extracellular polymers affects their morphology, fluidity and bioavailability, and thus plays a key role in bioremediation of heavy metal contaminated soil. In this study, the conformation changes of the poly-γ-glutamic acid (γ-PGA), an extracellular polymer produced by a common soil bacterium Bacillus lichenformis, when bounded with calcium, magnesium and lead ions were studied. The results show that pH had a significant effect on the secondary structure of γ-PGA, while ionic strength (0~50 mmol·L-1) had little effect on that. At a low pH, the γ-PGA structure was stabilized by two intramolecular hydrogen bonds, forming a stable α-helical structure. As the pH increased, the hydrogen bond between the CO and the NH in the backbone was destroyed. The destroyed hydrogen bond and the increased electrostatic repulsion converted the α-helix structure to a more random β-sheet and random coil structure. Ca2+ and Mg2+ had no effect, while Pb2+ can influence on the secondary structure of γ-PGA. Dosing Pb2+ not only destroyed the hydrogen bond between the side chain and the backbone of γ-PGA, but also destroyed the hydrogen bond between -CO-and -NH-in its backbone. Na+, Ca2+ and Mg2+ ions all could complex with γ-PGA, however, they did not change the secondary structure of γ-PGA.
