弱酸特性D-来苏糖异构酶分子改造及D-甘露糖生产

本文旨在对来源于Thermoprotei archaeon菌株的D-LI（最适pH6.5）进行弱酸特性改造,以期该酶在pH5.5条件下生产D-甘露糖,从而抑制原有的美拉德反应,减少分离成本。基于蛋白序列比对及酸碱氨基酸置换策略,首先设计了8个单点突变,而后从中选择3个优良单点突变体E82K、P105K、E165K进一步进行两两组合双点突变。结果表明双点突变体E82K/P105K较野生酶的最适pH由6.5迁移至6.0,且在pH5.5条件下的酶活是原始酶的3.4倍。该突变体在以D-果糖和D-甘露糖为底物时的动力学参数K_m值分别为78.77 mmol/L和328.12 mmol/L,k_cat/K_m值分别为15.37 mmol/L?1·min?1和48.92 mmol/L?1·min?1。以80 g/L的D-果糖为底物反应10 h后,双点突变体E82K/P105K在pH5.5反应时的转化率较接近于原始酶在pH6.5时的转化率,美拉德反应程度较原始酶降低了约3~4倍,为工业上利用D-LI生产D-甘露糖提供了可行的酶制剂。     

D-甘露糖异构酶的酶学性质探究和热稳定性改造

D-甘露糖异构酶可以催化D-果糖与D-甘露糖之间的相互转化，在D-甘露糖的生物酶法制备中具有应用前景，但是目前报道的D-甘露糖异构酶热稳定性较差，无法满足工业生产高温的需求。该研究将大肠杆菌(Escherichia coli) Dh5α来源的D-甘露糖异构酶异源表达后进行酶学性质研究，并对其进行热稳定性改造。研究结果显示D-甘露糖异构酶的最适反应温度为30℃,最适反应pH值为6.0～7.0,K_m、k_cat和k_cat/K_m分别为963.4 mmol/L、1.38 s^-1、1.4×10^-3 L/(mmol·s)。通过理性改造该研究获得了一株热稳定性显著提高的突变体A241P/A116V/G253A/Q379P,其最适反应温度提高了15℃,在50℃条件下，半衰期为野生型的33倍，相对酶活力比野生型高60%。分子动力学模拟分析表明脯氨酸的引入和疏水作用的增强，提高了蛋白质的刚性，从而使热稳定性提高。该研究通过对主流来源的D-甘露糖异构酶进行酶学性质探究及热稳定性改...     

D-甘露糖异构酶的克隆表达及酶法制备D-甘露糖

将大肠杆菌BL21中的D-甘露糖异构酶(MIase)基因yihS克隆到表达载体pET-28a(+)中,并转入大肠杆菌BL21(DE3)感受态细胞中表达。重组菌株经IPTG诱导培养6 h后MIase发酵酶活可达4.2 U/mL。重组MIase生产D-甘露糖时不需要金属离子的参与。该酶在40℃和pH 7.5条件下表现出催化D-果糖的最高活性,转化率为25%左右;通过研究底物浓度对酶活性的影响,得出该酶的活性不受底物浓度的抑制,以D-果糖为底物时,动力学参数Km为123.32mmol/L,Vmax为113.64μmol/(min·mg),催化效率kcat/Km为0.691 (s·mmol/L)。     

D-来苏糖异构酶的酶学性质研究

为探索D-甘露糖的高效酶法合成途径,作者克隆了来源于Peptococcaceae bacterium 1109的D-来苏糖异构酶基因,将其导入到E. coli BL21(DE3)中进行表达。该酶的最适底物为D-来苏糖,并可以高效催化D-果糖与D-甘露糖之间的差向异构反应。以D-果糖为底物时,重组表达的D-来苏糖异构酶的比酶活可达2.5 U/mg,该酶的最适pH为7.5,最适温度为70℃,Co~(2+)可以显著提高该酶的活力。在最适条件下以500 g/L的果糖为底物,反应8 h达到平衡,平衡转化率达19.17%,生产D-甘露糖95.85 g/L。     

耐高温葡萄糖异构酶重组菌发酵与转化条件研究

耐高温的葡萄糖异构酶(glucose isomerase,GI)在高温下可将D-葡萄糖异构化为D-果糖,获得的高果糖浆可作为甜味剂应用于食品诸多领域。对Thermus oshimai GI重组菌发酵产酶条件和全细胞转化D-葡萄糖生成D-果糖工艺进行研究。确定诱导温度28℃,诱导剂终浓度0.1 mmol/L,发酵培养基添加5 mmol/L Mn~(2+)的最优产酶发酵条件;将最优转化体系放大,包括20 g/L湿菌体、10 mmol/L Mn~(2+)和200 g/L底物,于95℃和pH 7.5条件下生物转化4 h,D-果糖得率高达57.34%。该工艺具备一步法生产F55型高果糖浆的可能性,可简化后续浓缩分离等步骤,为进一步使用食品安全的表达系统生产F55型高果糖浆提供理论依据。     

D-阿洛酮糖3-差向异构酶的异源表达和酶学性质

克隆了来源于Clostridium bolteae ATCC BAA-613的D-阿洛酮糖3-差向异构酶基因,利用重叠延伸PCR技术在Cb-dpe基因的上游加入了P43启动子,形成P43-Cb-dpe,再将P43-Cb-dpe连接到p MA5载体上构建出双启动子表达载体,并导入到Bacillus subtilis WB800中进行表达;与单启动子表达系统相比,双启动子表达载体能够显著提高Cb-dpe的表达量。对重组Cb-DPE酶进行了分离纯化和酶学性质的研究,结果表明:重组Cb-DPE的最适温度为55℃,最适pH为7.0,在温度30~40℃范围内和pH 6.5~7.5之间有良好的稳定性;Co~(2+)、Mn~(2+)可显著增强酶活;D-阿洛酮糖为底物时,K_m为26.68 mmol/L,小于果糖的61.80 mmol/L,说明该酶对D-阿洛酮糖的亲和性比对D-果糖的高。而在动力学参数方面,以D-阿洛酮糖为底物对应的催化效率K_(cat)/K_m为95.8 L/(mmol·min),大于以果糖作为底物时的54.1 L/(mmol·min)。     

黑曲霉AS0023果糖转移酶和转化酶的酶学特性

研究了从黑曲霉AS0 0 2 3分离和纯化的果糖转移酶 (FTS)和转化酶 (INV)的酶学特性 .FTS专一催化果糖转移反应 ,INV专一催化水解反应 ;FTS和INV的最适 pH和温度分别是 5.8和 50℃ ,4 .4和 55℃ ;用 1mmol/L的Hg2 处理 ,FTS完全失活而INV仍维持 72 %的活性 ;这两种酶的酶动力学常数明显不同 ,以蔗糖为底物时 ,FTS和INV的Km 值分别为 4 4 .3 8mmol/L和 3 5.67mmol/L ;果糖是FTS和INV的竞争性抑制剂 ,其Ki 值分别为 3 5.4 4mmol/L和 1 0 5mmol/L ,而葡萄糖只是FTS的竞争性抑制剂 .     

葛根黄酮-金纳米粒子的绿色制备及其模拟酶催化活性研究

为制备绿色、环保且安全性高的金纳米粒子,采用离子液体-超声辅助法提取葛根黄酮,将得到的葛根黄酮作为还原剂和保护剂,一步绿色合成AuNPs,并以H₂O₂和3,3’,5,5’-四甲基联苯胺作为酶催化底物,对AuNPs模拟过氧化物酶进行活性验证。结果表明,制备的葛根黄酮-金纳米粒子具有模拟过氧化物酶的催化能力,在最适反应体系下,Au NPs模拟酶反应符合典型的Michaelis-Menten机制,以H₂O₂为底物时,K_m值为2.61 mmol/L;以3,3’,5,5’-四甲基联苯胺为底物时,K_m值为0.35 mmol/L,相比于天然辣根过氧化物酶,其与底物具有更强的亲和能力。研究所得的Au NPs在食品催化、生物医药和工业生产等领域将具有实际的应用价值。     

Geobacillus thermodenitrificans α-半乳糖苷酶原核表达及其酶学性质

本文利用大肠杆菌原核表达系统对来源于Geobacillus thermodenitrificans的α-半乳糖苷酶编码基因进行了重组表达,并对该酶的酶学性质进行了研究。结果表明,该α-半乳糖苷酶的分子量为100~110 kDa,以pNPG为底物时,该酶的最适反应温度为70 ℃,最适pH6.0,且该酶具有较好的温度稳定性和pH稳定性;Hg+、Ag+、Cu2+离子能完全抑制α-半乳糖苷酶的活性,Fe3+、Mn2+、Zn2+等离子对α-半乳糖苷酶的活性具有不同程度的激活作用;以pNPG为底物测得该酶的米氏常数K_m=10.04 mmol/L,最大反应速度V_max=18.25 μmol/min。     

枯草芽孢杆菌全细胞转化高效合成D-阿洛酮糖

D-阿洛酮糖是一种重要的稀少糖,在食品、化妆品和医药等领域都有着广泛的应用价值。目前,工业上生产D-阿洛酮糖以生物酶法为主。由于传统酶法存在步骤烦琐、成本高、产物纯化分离难等缺点,已难以满足工业生产需要。近年来,全细胞合成体系以其低成本、便操作、易分离等特点受到人们的关注。以一种来源于Caballeronia insecticola的D-阿洛酮糖 3-差向异构酶(DAEase)为研究对象,实现了在生产安全菌株枯草芽孢杆菌WB800中的高效异源表达,并以D-果糖为底物全细胞催化合成D-阿洛酮糖。为了提高DAEase的表达量,通过设计构建含有不同组成型启动子的重组菌株对其表达进行了优化。并对全细胞反应体系的条件(温度、pH值、金属离子、细胞浓度)进行了优化,探究了不同底物浓度下D-果糖的转化效率。结果表明:启动子PylbP介导下的重组DAEase在枯草芽孢杆菌WB800内具有较高的表达水平,重组DAEase全细胞反应的较适温度为65℃,较适pH值为9.5,较适金属离子为5mmol/L Mg²⁺。采用全细胞方法以500g/L D-果糖为底物制备D-阿洛酮糖,4h内反应基本达到平衡,转化率为30.06%。研究旨在为D-阿洛酮糖工业规模化生产提供实验基础和理论依据。     

人参皂苷Rb3木糖苷酶的纯化及其酶学性质

采用DEAE-Cellulose DE52阴离子交换柱层析的方法对微生物Absidia sp.GRB3-X8r菌产特异性人参皂苷Rb3木糖苷酶进行分离纯化,分离后该酶在SDS-PAGE上呈现单一蛋白质条带,并对其酶学性质进行研究。研究表明:人参皂苷Rb3木糖苷酶的最适反应pH为3.0,在pH2.2~8.0范围内相对稳定;最适温度为40 ℃,在20~60 ℃范围内具有较好的稳定性;金属离子K+、Na+、Mg2+、Mn2+、Ca2+离子对酶反应无明显作用,Zn2+、Pb2+、Ni2+对酶反应有抑制作用。SDS-PAGE电泳结果表明酶蛋白的相对分子量约为66.7 kDa。反应动力学研究结果显示K_m值为65.63 mmol/L,V_max为2.03 mmol/(h·L)。通过对酶的催化特性研究表明,该酶能水解人参皂苷Rb3木糖基,生成人参皂苷Rd。     

1株腈水合酶产生菌株的筛选、鉴定及酶学特性

从济宁农田土壤分离筛选产生腈水合酶的菌株,利用薄层层析法(TLC)初步判断产酶能力,液体发酵复筛测定酶活力,筛选到酶活力达到3.6 U/mL的菌株Jn-102。通过菌体形态及菌落特征、生理生化及16S rDNA序列分析鉴定菌株Jn-102为阿氏芽孢杆菌(Bacillus aryabhattai)。对其所产腈水合酶进行酶学性质分析,结果表明酶的最适反应温度和pH分别为50℃和7.0,在40℃以下和pH6.0~8.0范围内酶活力较稳定,具有较宽的底物谱,对芳香腈有较好的水合作用,以对羟基苯乙腈为底物时K_m值和V_max值分别为21.3 mmol/L和60.2 μmol/(min·mg),Co2+和Mg2+等对酶活力有轻微的促进作用,而Zn2+对酶活力有强烈的抑制作用。阿氏芽孢杆菌Jn-102是1株腈水合酶活力较高的生产菌株,具有潜在的研究和应用价值。     

构巢曲霉产植酸酶的酶学特性分析

从构巢曲霉AnP-16菌株发酵液中纯化单一组分的耐热耐酸植酸酶,并对酶学特性进行分析,为其在食品工业中的应用提供理论依据。通过硫酸铵盐析、离子交换层析和疏水层析纯化植酸酶,SDS-PAGE电泳测定其分子量。结果表明,从该菌株发酵液中纯化到了单一组分的植酸酶,纯化倍数60.8倍、回收率41.6%,酶分子量约52 kDa。植酸酶最适作用温度和pH分别为55 ℃和pH4.0,在pH3.0~6.0范围酶活性较高,pH2.0~7.0下孵育3 h,仍能保持80%以上活性。植酸酶耐热性好,70 ℃孵育1 h仍能保持81%活性。Hg2+、Mn2+、Fe2+、Cu2+和Zn2+ 5 mmol/L浓度下对酶活性有明显抑制作用,但Ca2+和Mg2+在1和5 mmol/L浓度时均增强酶活性;有机溶剂甲醇和乙醇在2%浓度有激活作用;SDS抑制酶活性,但其它表面活性剂(Triton X-100和Tween 80)和有机溶剂(丙酮和异戊醇)对酶活性无明显影响。植酸酶有宽泛的底物特异性,但对植酸钠的催化活性最强,其K_m值为0.576 mmol/L。基于植酸酶耐酸耐热及宽广的底物催化活性,其有望应用于粮油食品加工领域,提高食品的营养价值。     

嗜热木聚糖酶的克隆表达及其在酶解生产低聚木糖中的应用

目的:为了获得一种耐高温的木聚糖酶,并对其生物特性进行表征,使其能够更有效地应用于低聚木糖的制备。方法:首先通过生物信息学分析,确定来自厌氧孢子菌Caldicellulosiruptor saccharolyticus DSM 8903的木聚糖酶(CsXynB)基因序列,然后扩增CsXynB基因,以pET-20b为载体,构建重组质粒,将其转入大肠杆菌(Escherichia coli)BL21(DE3)中表达,重组酶通过热处理和镍柱亲和层析纯化获得纯酶,将纯酶用于后续酶学性质和降解木聚糖的研究。结果:通过生物信息学方法研究表明,CsXynB属于糖苷水解酶第10家族。CsXynB的最适反应温度为80℃,最适反应pH为6.5。在65℃以内,pH为5.5~7.5的条件下重组木聚糖酶的稳定性较高。以榉木木聚糖为底物时,CsXynB的K_m,V_max和K_cat值分别为1.8 mg/mL,46.0 U/mg和60.7 s-1。在65℃、pH6.5条件下,以榉木木聚糖为底物,木聚糖酶CsXynB反应1 h,生成的低聚木糖的主要成分为木二糖和木三糖。结论:CsXynB是一种极具特点的耐高温木聚糖酶,可以催化水解木聚糖生成高含量的木二糖和木三糖,在生产低聚木糖的应用中具有潜在价值。     

纳米二氧化铈的制备及其过氧化物酶活性的分析

为制备具有催化活性的过氧化物模拟酶,本文以CeO₂为研究对象,采用水热法制备具有过氧化物酶活性的纳米二氧化铈（Nano ceria,CeO₂）颗粒。通过四甲基联苯胺（Tetramethylbenzidine,TMB）显色反应研究水热合成的制备条件,包括:料液比、反应温度、反应时间对纳米CeO₂催化过氧化氢性能的影响,筛选出一种催化活性最优纳米CeO₂,并对其进行结构表征及催化反应稳态动力学研究。结果表明:当料液比为1:60 g/mL、反应温度为80 ℃、反应时间为8 h时,吸光度值最大,为0.501,水热法制备的纳米CeO₂催化性能最佳,此方式合成的纳米CeO₂晶体呈萤石型结构,催化反应与米氏方程吻合,对H₂O₂的K_m值为0.021 mmol/L。结果表明,上述方式合成的CeO₂反应条件简单纯度优异,对H₂O₂催化性能较好。     

大肠杆菌苹果酸脱氢酶基因mdh的克隆、高效表达及酶学性质

以大肠杆菌基因组DNA为模板,扩增得到苹果酸脱氢酶(mdh)编码基因mdh,构建了重组菌pET-28a-mdh/BL21并成功表达了mdh,大小约36 000。选用Ni柱亲和层析法纯化具有活性的苹果酸脱氢酶(mdh),纯化后比酶活达到112.5 U/mg,纯化倍数达2.62倍,回收率为59%。并对该酶的酶学性质进行了初步研究,其中反应最适pH值为6.0,在pH值2.0~6.0范围内稳定;反应最适温度为37℃,在42℃以下酶的稳定性较好。K+对酶有明显的激活作用,Cu2+对酶有抑制作用,Hg2+和Zn2+对酶有很强的抑制作用。醇类对酶的活力影响不大,丙三醇可显著提高酶的热稳定性。酶动力学参数以草酰乙酸为底物的Km为0.235 mmol/L,Vmax为0.47μmol/(L.min)。     

茶叶多酚氧化酶三相分离纯化及酶学性质研究

为研究一种快速高效的茶叶多酚氧化酶（polyphenol oxidase, PPO）制备方法,本试验采用三相分离法（three phase partitioning, TPP）获取茶叶PPO,并研究其酶学特性。结果表明,通过两次三相分离纯化后可获得酶比活力210.46 U/mg、纯化15.76倍、回收率8.04%的茶叶PPO,其最亲和底物为邻苯三酚（K_m=6.82 mmol/L, V_max=5.36×10?2 OD/min）,最适反应温度和pH分别为45 ℃和pH5.5,在25 ℃和pH4.5~7.0时具有较好的稳定性。对纯化后茶叶PPO抑制作用最显著的化合物为抗坏血酸（IC₅₀=2.42±0.18 mmol/L）,其次是草酸和EDTA,柠檬酸抑制效果最弱,而卤化物无显著影响（P>0.05）。表明三相分离法能够较好的保留茶叶PPO活性,且操作简便、耗时短、成本低,有利于工业化应用。     

黑曲霉H1-9b 葡萄糖氧化酶的分离纯化及部分性质研究

采用研磨法破碎黑曲霉H1-9b 菌丝体,经pH5.7 磷酸缓冲液抽提获得粗酶液,粗酶液经DEAE-Sepharose离子交换层析和Superdex-200 凝胶过滤层析,得到葡萄糖氧化酶纯品。该酶的比活力为30569.7U/mg,回收率为30.2%,提纯倍数为41.4 倍,分子质量为94.1kD,为单亚基酶。该酶最适温度为37℃,最适pH 值为5.7,在30～40℃温度范围内稳定性较好,在pH4.0～8.0 范围内活性稳定。以不同浓度葡萄糖为底物在最适条件下测得该酶K_m 值为30.69mmol/L,V_max 为21.88μmol/L。Ag^+、Cu²⁺、Zn²⁺ 对该酶活性有较大抑制作用。结果表明,该酶稳定性较好,有一定的应用价值。     

屎肠球菌源谷氨酸脱羧酶的制备及其酶学性质研究

为了开发谷氨酸脱羧酶(glutamate decarboxylase,GAD),以Enterococcus faecium为gadB基因供体、纤维素结合域(cellulose-binding domain,CBD)为亲和标签,利用内含肽DnaB自剪切作用分离GAD,对融合酶CBD-DnaB-GAD的构建、表达、GAD纯化及其酶学性质进行了探讨。结果表明:重组Escherichia coli GDMCC60446可高效表达CBD-DnaB-GAD,适宜自剪切液为0.2 mol/L Na₂HPO₄-NaH 2PO₄缓冲液(pH 6.5,含NaCl 0.5 mol/L、EDTA 1 mmol/L);经一步纯化和自剪切制备的GAD在SDS-PAGE电泳上呈单一条带,分子质量约为55.68 kDa,仅有1个亚基;GAD最适反应pH和温度分别为5.0和55℃,在pH 4.8~5.8和-25~55℃较稳定;5 mmol/L的NaCl、CaCl₂和乙二醇对GAD酶活力影响不大,而KCl、EDTA-2Na、ZnSO₄、CuSO₄、MnSO₄、MgSO₄、FeCl₂、FeCl₃、AlCl₃、AgNO 3和Pb(CH₃COO)₂对GAD酶活力具有不同程度的抑制作用;GAD仅催化L-谷氨酸发生脱羧反应,K m和V max分别为10.51 mmol/L和3.41μmol/(mL·min),催化反应无底物和产物抑制作用。GAD纯度和酶学性质优良,制备工艺简便,该技术有望应用于工业化生产。