大肠杆菌嗜盐α-淀粉酶基因的分子改造及其酶学特性

【目的】对大肠杆菌Escherichia coli嗜盐α-淀粉酶基因进行改造,并探索嗜盐α-淀粉酶的嗜盐特性。【方法】从非嗜盐的大肠杆菌JM109中克隆到一个嗜盐α-淀粉酶基因k6并进行重组表达。通过同源建模,确定Na+结合位点上的氨基酸残基,并对相应位点进行定点突变。最后对突变酶的酶学性质进行研究。【结果】相对于野生酶,突变酶更加嗜盐,其最适NaCl浓度由2mol/L增加到3mol/L,最适pH值为7,最适温度为50℃,酶活力为4 831U/mg,提高近4倍。经HPLC检测,突变酶与2%(W/V)可溶性淀粉反应后的产物为葡萄糖、麦芽糖、麦芽三糖的混合物。【结论】嗜盐α-淀粉酶基因k6的嗜盐特性与Na+结合位点具有直接联系。     

新型Ⅰ型普鲁兰酶基因的克隆表达及酶学性质

【目的】筛选并克隆表达高酶活且具有一定热稳定性的新型普鲁兰酶。【方法】克隆Tumebacillus flagellatus GST4的普鲁兰酶基因pulB,构建重组质粒后转化宿主菌大肠杆菌进行诱导表达,再运用亲和层析进行纯化并分析其酶学性质和结构。【结果】pulB在大肠杆菌中实现可溶性表达,发酵液上清酶活力达到78U/mL,粗酶液经纯化后比活力为258U/mg。重组酶PulB最适反应温度和pH值分别为55℃和5.0,在较窄的酸性范围内(pH值4.5~5.5)酶活力比较稳定;对普鲁兰糖的Km=(16.28±0.03)mg/mL,Vmax=(22.05±0.02)μmol·min-1·mg-1。PulB的DNA序列与GenBank数据库里的任何序列都没有同源性,在蛋白质序列上,由基因pulB编码的氨基酸序列与T.aegyptius的环麦芽糖糊精酶相似性最高,BlastX比对的Identities为54%,Positives为69%,SMART结构预测分析发现,pulB具有淀粉酶的结构域。底物特异性分析表明,它可水解普鲁兰糖和支链淀粉生成线性的低聚糖或麦芽三糖。【结论】重组酶PulB是尚未报道的新型普鲁兰酶,它可水解普鲁兰糖和支链淀粉,属Ⅰ型普鲁兰酶。     

温泉来源地芽孢杆菌耐热α-淀粉酶基因的克隆表达及酶学性质研究

以Geobacillus sp.WQJ-1基因组DNA为模板,利用PCR扩增获得成熟α-淀粉酶基因amy WQJ,构建重组质粒p ET-28a(+)-amy WQJ,转化大肠杆菌BL21(DE3)诱导表达.用镍柱亲和层析对粗酶液进行分离纯化,获得相对分子质量约为59 ku的重组酶r Amy WQJ.研究表明,该酶最适pH值为6.0,具有较好pH稳定性,最适温度为70℃;Ca~(2+)能提高该酶的热稳定性;Hg~(2+)、EDTA、SDS、Cr3+、Mn~(2+)、Cu~(2+)和Pb~(2+)对该酶活力具有不同程度的抑制作用,而Co~(2+)、Na+和β-Mercaptoethanol则具有促进作用.以可溶性淀粉为底物,该酶动力学参数Km为6.62 mg·m L-1,vmax为2 197.80μmol·(mg·min)-1;降解最适作用底物木薯淀粉的终产物为寡聚糖.     

赤红球菌JDM312环己酮单加氧酶的原核表达及检测

通过酶切法从重组质粒pUC18-chnB中得到编码环己酮单加氧酶的chnB基因序列,将其定向插入原核表达载体pQE30中,构建重组质粒pQE30-chnB,转化到大肠杆菌BL21中并诱导表达目的蛋白,用SDS-PAGE电泳检测表达产物.测序结果表明chnB基因大小为1 623bp,编码由540个氨基酸残基构成的多肽.S...     

绿色糖单孢菌麦芽糖α-淀粉酶基因在枯草芽孢杆菌中的高效分泌表达

【目的】构建高产麦芽糖α-淀粉酶的工程菌株并实现高效分泌表达。【方法】PCR扩增麦芽糖α-淀粉酶基因sva,再与大肠杆菌-枯草芽孢杆菌麦芽糖诱导型穿梭载体pHCMCO4-Pglv连接,构建重组质粒pHCMCO4-Pglv-sva并转入枯草芽孢杆菌进行表达,对重组酶进行SDS-PAGE分析,然后对重组菌株的生长及发酵条件进行优化。【结果】成功构建重组质粒pHCMCO4-Pglv-sva并在枯草芽孢杆菌中实现分泌表达,SDS-PAGE分析发现,在55kDa处得到特异性蛋白条带。单因素试验结果显示,重组菌的最适诱导温度为35℃,最适接种量为4%(V/V),最适装液量为30mL。正交实验结果显示,重组菌的最佳发酵条件组合是诱导温度37℃、接种量5%(V/V)、装液量25mL,在此条件下发酵液粗酶活力达到257.3698U/mL。装液量对重组菌的产酶量影响显著。【结论】成功构建能高效分泌表达麦芽糖α-淀粉酶的枯草芽孢杆菌工程菌株,经发酵条件优化后,重组酶产量显著提高10倍左右。     

田菁根瘤菌嗜盐α-淀粉酶的基因克隆表达与分子改造

【目的】克隆表达田菁根瘤菌嗜盐α-淀粉酶基因,并对其进行基因改造,为探索与嗜盐性相关的氨基酸位点提供参考。【方法】从田菁根瘤菌及周围土壤的宏基因组中克隆到一个命名为RSA的极端嗜盐淀粉酶。通过与同源性为75.33%的嗜盐α-淀粉酶K6的序列比对发现,RSA-D205位点与已报道的K6-N204(嗜盐相关的氨基酸位点)相似,从而对其进行定点饱和突变以研究相关酶学性质。【结果】共获得17个突变子,其最适NaCl浓度较RSA均有不同程度的降低。RSA-D205R、RSA-D205C酶反应温度高达80℃,拓宽了其应用范围。【结论】RSA-D205氨基酸残基位点与Na~+结合位点有一定的联系;另外,精氨酸(R)、半胱氨酸(C)对淀粉酶的高温改造具有参考价值。     

重组草酸青霉生淀粉糖化酶的酶学特性鉴定

【目的】了解在毕赤酵母中表达的来源于草酸青霉(Penicillium oxalicum)GXU20的重组生淀粉糖化酶的酶学特性。【方法】用3,5-二硝基水杨酸法测定pH值、温度、金属离子和化学试剂对纯化的重组生淀粉糖化酶的活力的影响,同时测定酶的底物特异性、酶对生淀粉的吸附能力以及酶对不同生淀粉的水解效率等,用高效液相色谱法对该酶水解生木薯淀粉的产物进行分析鉴定,用扫描电子显微镜观察重组酶对不同生淀粉颗粒的水解方式。【结果】重组生淀粉糖化酶rPoGA15A的最适pH值为4.5,最适温度为65℃,在pH值为2.0~10.0时,重组酶具有较好的pH耐受性,温度小于50℃时,酶的稳定性好。除Ag~+、Cu~(2+)和SDS之外,其他大部分金属离子和化学试剂对重组酶的酶活力影响不大。重组生淀粉糖化酶对大米和玉米生淀粉的活性较高,对木薯和马铃薯生淀粉的活性次之,重组生淀粉糖化酶rPoGA15A对不同生淀粉的吸附能力与其对相应不同生淀粉的水解活性大小呈正相关。扫描电子显微镜观察表明重组生淀粉糖化酶对不同生淀粉颗粒的降解作用明显,水解方式各有特点。高效液相色谱分析表明该重组生淀粉糖化酶水解生木薯淀粉的产物仅有葡萄糖。重组生淀粉糖化酶rPoGA15A在40℃下对大米和玉米生淀粉水解72h后水解率分别达到86.5%和71.9%。【结论】重组生淀粉糖化酶具有广泛的pH耐受性,对生淀粉具有高水解活性,在生淀粉的水解和生料同步糖化发酵生产酒精中有一定的应用潜力。     

纤维微菌海藻糖合成酶基因克隆表达及酶学特性鉴定

【目的】开发适用于海藻糖生产的新型海藻糖合成酶。【方法】通过反向PCR技术,从一株纤维微菌的基因组DNA中获知海藻糖合成酶基因完整ORF序列,进而克隆得到纤维微菌海藻糖合成酶基因(CCTreS),将其与表达载体pSE380构建重组质粒后转入大肠杆菌BL-21(DE3)中诱导表达,通过镍柱亲和层析纯化得到纯酶并进行酶学性质测定。【结果】从纤维微菌中克隆并在大肠杆菌中成功表达海藻糖合成酶基因(CCTreS)。经纯化获得的重组酶(CCTreS)在以麦芽糖为底物生成海藻糖时,最适反应pH值为7.0,最适反应温度为45℃,40℃保温1h仍具有80%以上的相对酶活力,在pH值5.5~8.5保存24h,相对酶活力仍保留80%以上。Cu~(2+)对其有明显抑制作用。【结论】该重组酶具有很好的热稳定性和pH稳定性,具有一定的研究价值和潜在的工业应用价值。     

淀粉酶高产菌株筛选及发酵条件优化研究

从济源市麦田的土壤中筛选工业生产上有潜在应用价值的高产淀粉酶菌株,通过平板初筛和摇瓶复筛,得到高产淀粉酶细菌菌株P11 (2).对其产酶条件进行优化,最终得到最适碳源为可溶性淀粉,最适氮源为酵母粉和蛋白胨组合,加入MgSO4可以促进产酶,加入CaCl2或FeSO4抑制产酶.经正交试验确定培养基的最优组成,优化后的培养基...     

嗜盐淀粉酶产生菌的筛选鉴定及其酶学性质研究

【目的】筛选分离新的嗜盐淀粉酶产生菌,并对其进行酶学性质研究。【方法】从广西大学奶牛厂的奶牛粪便土壤中分离得到一株能产耐盐淀粉酶的菌株,利用16SrRNA序列对比进行鉴定,经破胞提取胞内总蛋白测定嗜盐淀粉酶酶学性质。【结果】经16SrRNA初步鉴定该菌株为阴沟肠杆菌属(Enterobacter cloacae)。该菌株是非嗜盐菌株,却能产生一种胞内嗜盐淀粉酶。酶学性质研究表明该酶在NaCl终浓度为4mol/L时,酶活力最强,当盐浓度为5.5mol/L时,仍能保持最高酶活的60%;以MOPS-NaCl配制的1%可溶性淀粉溶液为底物时,其最适反应温度为50℃,最适pH值为6.5,pH值在4.5~8.5时均能保持60%以上的相对活力;在35~45℃的温度范围内显示较好的稳定性,相对酶活保持在80%以上,但当温度达到50℃时,酶活力急剧下降;Ca2+浓度对酶活力几乎没有影响;EDTA浓度在10~140mmol/L时酶活力变化不大,大于140mmol/L之后,酶活力逐渐下降。【结论】该菌株是在非嗜盐菌株中发现的具有嗜盐淀粉酶基因的菌株,其嗜盐淀粉酶在高盐环境下具有很高的酶活力。     

pQE30-bgln原核表达质粒的构建和鉴定

构建重组原核表达质粒pQE30-bgln使之可以在大肠杆菌中表达以获得β-葡糖苷酶,用于提高从植物中提取白藜芦醇的得率.以克隆质粒pUCP67为模板,用降落PCR的方法扩增β-葡糖苷酶基因片段(bgln).利用原核表达载体pQE30构建pQE30-bgln重组质粒,用酶切电泳验证重组结果的正确性,测序检测质粒重组后序列情况.PCR结果显示扩增片段2.2 kb,与预期相同.重组质粒酶切后显示其大小约5.6kb,大小及酶切图谱与预期相同.经测序发现插入片段读码框正确.可用于原核表达的pQE30-bgln质粒构建成功.     

绿色木霉CBHⅡ基因的克隆及在酿酒酵母中的表达

采用反转录聚合酶链式反应的方法从绿色木霉中克隆得到纤维二糖水解酶Ⅱ(CBHⅡ)的编码基因cbh2.将该基因片段接入酿酒酵母整合型表达载体pScIKP中,得到重组质粒pScIKP-cbh2.电转化酿酒酵母菌株,通过G418浓度梯度筛选出高抗转化子.采用十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)检测CBHⅡ蛋白的表达,并采用羧甲基纤维素糖化力法检测重组CBHⅡ的酶活.实验结果表明:该基因大小为1416bp,编码有472个氨基酸残基,并已将序列提交GenBank,登录号为 DQ864992.SDS-PAGE分析发现重组CBHⅡ成功分泌到了胞外,其相对分子质量约为70000.培养液中的酶活最高可达7.71U/mL,其作用的最适pH值为5.0,最适反应温度为65℃,且具有较好的热稳定性.     

α-淀粉酶Amy7C及其突变体最适pH值的定量预测

【目的】pH值是影响酶催化效率的关键参数,通常需要通过实验方式才能确定生物酶的最适 pH 值,而该方式要消耗较多的人力、物力和时间。因此,有必要发展一种利用酶的简单结构信息即可预测其最适 pH 值的方法。【方法】以20-1前馈反向传播的神经网络为模型,完成535种氨基酸属性对α-淀粉酶 pH 值的拟合。同时,将α-淀粉酶 Amy7C及其54个突变体的数据分为2组,用35个酶作为训练组进行拟合,20个酶作为验证组进行检验,并对不同层次及神经元个数的模型进行比较。【结果】109个氨基酸属性可实现20-1神经网络模型收敛,表明这些氨基酸属性可用干预测α-淀粉酶的最适 pH值,但是不同氨基酸属性预测 pH 值的效果差别较大,只有部分指标预测 pH值的效果较好。多模型的分析结果显示,不同模型对训练组R值的结果具有显著性差异,而对训练组P值、验证组R值和验证组P 值结果无显著性差异。【结论】氨基酸分布概率等属性可用干预测α-淀粉酶的最适 pH值。20-1神经网络模型是预测α-淀粉酶最适 pH值相对理想的模型。     

碱性纤维素酶产生菌株的筛选及其酶学性质研究

【目的】从堆肥中筛选和鉴定产碱性纤维素酶的菌株,对菌株及其酶学特性进行研究。【方法】以刚果红平板染色法进行初筛,摇瓶发酵复筛,分离到高酶活菌株C73。通过形态观察和16SrRNA序列分析对菌株进行鉴定。采用DNS定糖法测定发酵液酶活最适pH值、pH值稳定性、最适温度、热稳定性及常见金属离子、SDS、EDTA等对酶活的影响。【结果】该菌株形态呈杆状,革兰氏阳性,不产芽孢,适宜在pH值8.0~11.0、30~37℃条件下生长。16SrRNA序列比对发现,该菌株与琼斯氏菌(Jonesiasp.)PC1序列相似度大于99%,初步鉴定为琼斯氏菌属菌株。在发酵培养基中,菌体浓度和CMCase活力分别在40h和50h达到最大值,随着发酵时间的延长发酵液pH值稳定在9.5左右。粗酶液的最适作用pH值为10.0,此时CMCase活力达2.3U/mL。在pH值8.0~11.0的范围内保持60%以上的酶活;最适作用温度为60℃,且在30~80℃的范围内保持60%以上的酶活。金属离子Mn2+、Co2+和(NH4)2SO4对酶活力有较强的抑制作用。【结论】菌株C73呈现较高的碱性CMCase酶活、较高的热稳定性和pH值稳定性,具有良好的工业应用前景。     

Klebsiella sp.GXK-1的α-L-鼠李糖苷酶的酶学性质

【目的】克隆、表达克雷伯氏菌Klebsiellasp.GXK-1菌株中的α-L-鼠李糖苷酶基因,并研究重组酶的酶学性质。【方法】比对分析GenBank数据库中克雷伯氏菌同属的α-L-鼠李糖苷酶基因序列,设计简并引物PCR扩增基因的保守区。扩增目的基因,以pSE380为表达载体构建重组质粒pSE-rha1,并在大肠杆菌E.coli XL-blue进行诱导表达,使用镍亲和层析纯化重组蛋白,研究目的蛋白RHA1的酶学性质。【结果】以pNPR为底物,进行重组酶酶学性质的研究。重组酶RHA1的最适pH值和最适温度分别为5.0和45℃,Km值为(0.223±0.030)mmol/L,V_(max)值为(1.272±0.121)μmol/(min·mg)。在pH值为6~10的缓冲液内酶活力仍保持在80%以上;在温度为40℃以下时,酶活较为稳定,但在温度高于40℃时酶活力迅速下降。RHA1能水解pNPR、橙皮苷和芦丁。【结论】RHA1具有良好的pH稳定性,不仅能够水解人工底物pNPR,还能够水解α-1,6键的天然底物橙皮苷和芦丁,具有一定的医疗应用价值。     

绿色木霉纤维二糖水解酶Ⅱ基因的克隆及其在酿酒酵母中的高效表达

采用RT-PCR 的方法从目前最高效的纤维素酶产生菌之一的绿色木霉AS3.3711中克隆得到纤维二糖水解酶Ⅱ（CBHⅡ）的编码基因cbh2。序列测定和分析表明,该编码序列长1416 bp,编码472个氨基酸残基,与已公布的绿色木霉CICC 13038的cbh2仅在第263位存在一个氨基酸残基的差别（Gln替换为Pro）,而与里氏木霉VTT-D-80133的cbh2则完全同源。该序列已经提交GenBank,登录号为 DQ864992。利用信号肽预测软件SignalP 3.0发现该基因自身带有信号肽序列,其最大可能的切割位点在18和19位氨基酸残基之间。将该基因片段接入酿酒酵母高拷贝数整合型表达载体pScIKP中,得到重组表达质粒pScIKP-cbh2。经酶切线性化后电转化酿酒酵母AS2.489菌株,通过G418浓度梯度筛选出高抗转化子。转化子经蛋白电泳分析,发现该基因的信号肽序列能够被酿酒酵母识别,因此重组CBHⅡ成功分泌到了胞外。但可能由于酿酒酵母表达系统的过度糖基化作用,重组CBHⅡ比出发菌绿色木霉的CBHⅡ分子量要高许多,并且可能因为过度糖基化作用位点不同而形成了不同大小分子量的表达产物。转化子经CMC糖化力法测定酶活,发现该重组CBHⅡ酶活性并没有受过度糖基化作用的影响,最高可达7.71 U/mL,比大多数报道的要高。其作用的最适pH值为5.0,最适温度为65 ℃,且具有较好的热稳定性。     

定量预测α-淀粉酶及其突变体的酶反应米氏常数

【目的】α-淀粉酶是一种重要淀粉水解酶，而Km值是酶反应中重要的参数，尝试建立一种利用α-淀粉酶初级结构定量预测米氏常数Km值的有效模型。【方法】通过神经网络模型，利用535种氨基酸属性定量预测α-淀粉酶 Amy7C及其52个突变体反应的Km值，其中33个酶用于模型训练，其余的用于模型验证。首先用双层的20-1前馈反向传播的神经网络进行预测，然后对多层神经网络模型进行筛选。【结果】535种氨基酸属性中有109种属性可以用模型预测，其中动态属性拟合结果较好，4个动态氨基酸属性中有3个属性可以用于模型预测，但拟合结果最好的氨基酸属性分别来自氨基酸理化性质和二级结构。对9种拟合和验证结果最好的氨基酸属性进行7种多层神经网络模型拟合，结果显示增加模型的复杂度并不能提高预测结果的精准度，表明较为简单的模型，如20-1或20-5-1是定量预测建模的首选。【结论】α-淀粉酶酶解反应的米氏常数Km ，可以利用某些氨基酸属性通过神经网络模型进行定量预测。为今后利用酶的初级结构定量预测酶反应中各参数最适条件提供思路。     

支链淀粉水解酶水解支链淀粉的特异氨基酸分析

【目的】通过对具有支链淀粉水解能力的环糊精水解酶的结构进行分析,探寻决定酶与支链淀粉水解相关的关键氨基酸残基。【方法】对底物特异性发生改变的环糊精水解酶cds1-3进行功能鉴定,并利用分子模拟方法对其底物作用特异氨基酸序列和空间结构进行分析。【结果】环糊精水解酶cds1-3具有特殊的底物作用方式,它水解支链淀粉的能力强于水解环糊精。cds1-3和ThMA的蛋白质序列只有30个氨基酸的差异,主要位于远离底物结合区域的蛋白质中段,与环糊精水解酶的底物通道聚集位置相近。【结论】环糊精水解酶cds1-3的功能鉴定及对其关键氨基酸进行序列和空间结构分析,为揭示大分子底物,特别是支链淀粉底物的水解方式提供新的切入点。     

籼稻姊妹染色单体粘着蛋白OsRad21-i基因的原核表达载体构建与表达

以杂交水稻汕优63的根组织cDNA为模板,采用引物设计引入酶切位点和RT-PCR方法,扩增出了籼稻姊妹染色单体粘着基因OsRad21-i (AY318757)开放阅读框(ORF),命名为Eqfr,两端分别带有BamHⅠ和SalⅠ限制性位点.然后克隆到pGEM-T载体,将重组克隆载体pGEM-T-Eqfr与表达载体pQE30分别同时进行BamHⅠ和SalⅠ双酶切,连接酶切后的Eqfr和pQE30,并转化DH5α感受态细胞,获得了DH5α[pQE30-Eqfr]重组克隆.再以其重组质粒转化M15[pREP-4]感受态细胞,筛选出M15[pQE30-Eqfr, pREP-4]重组克隆.通过诱导表达,检测到了相对分子质量约为116 000的重组蛋白表达,在诱导后的1～3 h里表达量较高,之后表达量开始下降.用实验证实了理论推测ORF的正确性,所获得的表达蛋白及其表达体系为下一步的蛋白质实验奠定了基础.     

纤维微菌XM-8木聚糖酶基因克隆及酶学性质

【目的】为获得可应用于木聚糖水解的酶资源,希望通过筛选分离得到能够水解木聚糖的木聚糖酶产生菌,克隆表达木聚糖酶基因并研究其酶学性质。【方法】从环境中筛选分离出可水解木聚糖的菌株,利用16SrDNA对其进行分子鉴定。扩增其木聚糖酶基因,以pET22b(+)为表达载体,构建共表达重组质粒,转化Escherichia coli BL21(DE3)进行异源表达,并对重组酶进行酶学性质研究。【结果】经16SrDNA鉴定该菌株为纤维微菌。通过PCR成功克隆到该菌的木聚糖酶基因(xyn-8a),并构建共表达质粒pET22b-xyn-8a,实现木聚糖酶Xyn-8a的活性表达。酶学性质研究表明Xyn-8a最适反应温度为60℃,最适反应pH值为6.0,只对木聚糖底物有活性;HPLC分析其水解产物以木二糖为主,还有少量的木糖和木三糖。【结论】XYN-8A在pH值为6的条件下具有较高活力,且可以催化水解反应,在生产低聚木糖方面具有一定的应用价值。