Abstract Xanthine oxidase (XOD) catalyses the oxidation of hypoxanthine into xanthine and xanthine into uric acid. The enzyme plays a key role in the purine metabolic pathway. Despite the presence of different XODs in prokaryotes, the functional and structural knowledge of prokaryotic XODs remain limited (compared with their well-known eukaryotic counterparts), thereby hindering their biochemical analysis and industrial application. Using genetic and biochemical analyses, we identified and characterised recombinant XOD (CcXODAB) from Cellulosimicrobium cellulans ATCC21606. Bioinformatics analysis suggests that CcXODAB shares low amino acid sequence identities with other XODs. The purified enzyme exhibits the maximum activity at 55 °C and pH 8.0. In addition, CcXODAB exhibits moderate thermostability and retains 80.65 % of the original activity after 30 min of incubation at 60 °C. Ca2 + has a slight inhibitory effect, whereas Co2 + and Mn2 + have a strong inhibitory effect on XODAB activity. In particular, low Ba2+ and Mg2 + concentrations have no effect, whereas high Mg2 + (≥10 mM) and Ba2+ (≥2 mM) concentrations show an inhibitory effect on enzyme activity. The Km and Vmax values for xanthine are 131.29 ± 11.09 μmol•L−1 and 15.23 ± 0.65 μmol•L-1 min−1, respectively. Results indicate that CcXODAB is a novel enzyme with potential industrial application.

中文翻译：

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来自纤维素微生菌 ATCC21606 的新型黄嘌呤氧化酶的分子克隆和表征

摘要 黄嘌呤氧化酶（XOD）催化次黄嘌呤氧化为黄嘌呤和黄嘌呤氧化为尿酸。该酶在嘌呤代谢途径中起关键作用。尽管原核生物中存在不同的 XOD，但原核 XOD 的功能和结构知识仍然有限（与众所周知的真核生物相比），从而阻碍了它们的生化分析和工业应用。使用遗传和生化分析，我们鉴定并表征了来自 Cellulosimicrobium cellulans ATCC21606 的重组 XOD (CcXODAB)。生物信息学分析表明 CcXODAB 与其他 XOD 共享低氨基酸序列同一性。纯化的酶在 55 °C 和 pH 8.0 时表现出最大活性。此外，CcXODAB 表现出中等的热稳定性并保持 80。在 60 °C 下孵育 30 分钟后，原始活性的 65%。Ca2+有轻微的抑制作用，而Co2+和Mn2+对XODAB活性有很强的抑制作用。特别是，低 Ba2+ 和 Mg2+ 浓度没有影响，而高 Mg2+ (≥10 mM) 和 Ba2+ (≥2 mM) 浓度对酶活性有抑制作用。黄嘌呤的 Km 和 Vmax 值分别为 131.29 ± 11.09 μmol•L-1 和 15.23 ± 0.65 μmol•L-1 min-1。结果表明，CcXODAB 是一种具有潜在工业应用价值的新型酶。而高 Mg2 + (≥10 mM) 和 Ba2+ (≥2 mM) 浓度显示出对酶活性的抑制作用。黄嘌呤的 Km 和 Vmax 值分别为 131.29 ± 11.09 μmol•L-1 和 15.23 ± 0.65 μmol•L-1 min-1。结果表明，CcXODAB 是一种具有潜在工业应用价值的新型酶。而高 Mg2 + (≥10 mM) 和 Ba2+ (≥2 mM) 浓度显示出对酶活性的抑制作用。黄嘌呤的 Km 和 Vmax 值分别为 131.29 ± 11.09 μmol•L-1 和 15.23 ± 0.65 μmol•L-1 min-1。结果表明，CcXODAB 是一种具有潜在工业应用价值的新型酶。