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研究揭示黄连碱抑制脲酶活性的作用机制

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  近日,中国农业科学院北京畜牧兽医研究所奶产品质量与风险评估科技创新团队在瘤胃细菌脲酶天然抑制剂开发方面取得新进展,发现了一种能抑制脲酶活性的天然化合物——黄连碱,并揭示了黄连碱抑制脲酶活性的作用机制,为提高尿素氮利用率和减少氮排放开辟了新路径。相关研究成果发表在《大环境科学(Science of The Total Environment)》上。

  

  脲酶是反刍动物瘤胃中催化尿素分解产生氨的关键酶,利用抑制剂调控脲酶活性可以有效提高瘤胃微生物对尿素氮的利用效率,同时减少氮的排放。植物源天然化合物具有安全性高、生物利用度高等优点,是目前新型饲料添加剂开发的首选目标。

  为了实现脲酶抑制剂的高通量筛选,研究人员以奶牛瘤胃细菌脲酶结构蛋白的活性中心为靶标,利用分子对接技术筛选出植物源化合物库,通过脲酶活性分析,获得了具有高效抑制作用的植物源天然化合物——黄连碱,该化合物对脲酶活性的半抑制浓度达到2.45微摩尔/升,抑制能力是商业产品乙酰氧肟酸的10倍。黄连碱可显著降低瘤胃微生物发酵时尿素分解速率和氨生成速率,表明黄连碱在瘤胃中具有抑制尿素分解的作用。进一步分析发现,黄连碱通过与脲酶活性中心的镍离子以及柔性区域的氨基酸作用来发挥抑制能力,并鉴定出其主要靶标氨基酸为丙氨酸、组氨酸、半胱氨酸,揭示了黄连碱抑制脲酶活性的作用机制,为新型天然脲酶抑制剂饲料添加剂的开发提供了理论支撑。

  该研究得到国家现代农业产业技术体系等项目资助。(通讯员 付松川)

  原文链接:https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.151946

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