7-木糖紫杉烷糖基水解酶LXYL-P1-1和LXYL-P1-2活性中心预测及初步的功能分析

7-木糖紫杉烷糖基水解酶LXYL-P1-1和LXYL-P1-2是克隆自真菌香菇的两个双功能酶(序列一致性97%),具有β-木糖苷酶/β-葡萄糖苷酶双重活性,能特异性地水解移除7-木糖-10-去乙酰紫杉醇等紫杉烷上的木糖基。采用生物信息学方法对两个酶蛋白进行酶活性中心预测,初步确定Asp300和Glu529分别为亲核试剂和一般酸/碱催化剂,而Asn172-Gly173-Arg174和Lys207-His208为底物结合结构域。以LXYL-P1-2为研究对象,以毕赤酵母细胞为表达宿主,应用定点突变技术获得了N172A、G173A、R174A、K207A、H208A、D300N和E529Q突变体,并进行了酶活性分析。结果显示:在分别以PNP-Xyl、PNP-Glc和7-木糖-10-去乙酰紫杉醇为底物时,N172A、G173A、R174A、K207A、D300N和E529Q的β-木糖苷酶与β-葡萄糖苷酶活性大幅度下降甚至完全消失;H208A的β-木糖苷酶活性也显著下降,但仍保持98%的β-葡萄糖苷酶活性。其结果初步验证了对上述两个酶蛋白的活性中心的预测,为进一步揭示7-木糖紫杉烷糖基水解酶结构与功能的关系提供了实验依据。     

β-木糖苷酶的生物活性物质转化功能研究进展

β-木糖苷酶是木聚糖酶酶系的一种酶,其功能主要是降解半纤维素中最常见及含量最高的组分——木聚糖。近些年,研究人员发现一些微生物来源的β-木糖苷酶具有生物活性物质转化功能,可通过转糖基作用形成带有木糖基的生物活性物质,也可通过水解作用将带有木糖基的物质,如三七皂苷R1和R2、黄芪甲苷IV (astragaloside IV,ASI)、7-木糖-10-去乙酰紫杉醇(7-xylosyl-10-deacetyltaxol,XDT)和花青素转化为生物活性物质,因此,这些β-木糖苷酶在食品和医药等领域具有巨大的潜在应用价值。此外,研究人员揭示了β-木糖苷酶在生物活性物质转化功能方面的一些机制。本文主要介绍了β-木糖苷酶的生物活性物质转化功能、酶来源、家族分类、转化机制及应用,以期为β-木糖苷酶的进一步开发利用提供参考。     

海枣曲霉β-木糖苷酶的提纯和性质

从海枣曲霉(Aspergillus phoenicis)麦麸培养物抽提液中。通过聚乙二醇6000-磷酸钾缓冲液双水相分离．相继用SephadexG-100凝胶过滤、DEAE—Sephadex A-50离子交换柱层析、羟基磷灰石吸附层析、DEAE-Sephadex A-50离子交换层析、SE—Sephadex C-50离子交换层析以及Sephadex G-50柱层析等提纯步骤,提纯到凝胶电泳均一的β-木糖苷酶。该酶的最适pH为3．5,最适温度为65 C．在pH3．5—6．5之间稳定,酶保温30分钟时的半失活温度(t1-2)为68C。酶的分子量勾95 000,等电点为4．4。Hg2-和Ag+对该酶有强烈的抑制作用。在所测定的底物中．Β-术糖苷酶仅对β-木精苷(pNP-β-Xyl)有强水解作用。其Km值为0．63mmol／L．Vmax为410 umol·min 1．Mg-1。D-木糖为β-木糖苷酶的竞争性抑制剂,其K．值为7．5mmol／L。     

黑曲霉β-木糖苷酶An-xyl的重组表达与木糖耐受性表征

木糖苷酶催化低聚木糖水解在木质纤维素降解中起重要作用,但该酶活性易被产物木糖抑制,严重限制了其应用。基于分子对接,本文研究了茶梗发酵培养基差异表达显著的黑曲霉(Aspergillus niger) β-木糖苷酶An-xyl与木糖的亲和性,并对其进行克隆表达和性质表征,进一步探讨了该酶与纤维素酶对茶梗中木质纤维素的降解作用。分子对接结果表明,An-xyl与木糖的亲和性低于木糖耐受性较差的米曲霉β-木糖苷酶xyl A。重组表达的An-xyl木糖抑制常数Ki值为433.2 mmol/L,与同为GH3家族的β-木糖苷酶相比木糖耐受性较高。以p NPX为底物时,Km和Vmax分别为3.6 mmol/L和10 000μmol/(min·mL)。An-xyl最适温度65°C,最适pH 4.0,65°C处理300 min能保持约61%的酶活力,在pH2.0-8.0的范围内处理24h后酶活力仍能维持80%左右。添加An-xyl与纤维素酶共同水解茶梗,反应2h和4h产生还原糖含量比单独使用纤维素酶水解分别提高了19.3%和38.6%。本研究表明,通过差异表达挖掘的An-xyl具有高木糖耐受性和较好的催化活...     

反刍兽月形单胞菌β-木糖苷酶基因在毕赤酵母中的高效表达及酶学性质

β-木糖苷酶(β-xylosidase,酶编号EC 3.2.1.37)是木聚糖降解酶系中的重要组成部分。本研究以毕赤酵母Pichia pastoris GS115为宿主菌尝试表达反刍兽月形单胞菌Selenomonas ruminantium中的β-木糖苷酶基因Sxa。根据毕赤酵母对密码子的偏爱性、mRNA二级结构、GC含量和稀有密码子,对Sxa基因进行优化;通过基因合成技术获得了全长基因mSxa并构建重组酵母表达载体pPIC9K-mSxa;以BglⅡ酶切重组载体pPIC9K-mSxa,电击转化将m Sxa基因导入毕赤酵母GS115中,获得的转化子经过表型和遗传霉素G418抗性筛选、PCR鉴定,得到表达β-木糖苷酶基因的工程菌GS115-pPIC9K-mSxa;通过活性测定获得高效表达β-木糖苷酶的重组酵母,并对重组β-木糖苷酶的酶学性质进行了初步研究。结果表明,重组β-木糖苷酶的分子量约为66 kDa。在发酵罐水平表达的酶活性达到了287.61 IU/mL。对酶学性质研究显示,该酶在温度为40-60℃,pH为5.0-7.0时较稳定,其最适反应温度和pH分别为55℃和6.0,专一性地作用于β-木糖苷键。Mn~(2+)和Ca~(2+)对该酶具有激活作用,而Fe~(3+)、Cu~(2+)、Co~(2+)、Mg~(2+)、EDTA及SDS抑制其酶活性。本研究首次将反刍兽月形单胞菌的β-木糖苷酶基因转化到毕赤酵母中获得表达,并具有较高活性,为进一步工业化应用奠定了基础。     

马特链霉菌7-木糖紫杉烷糖基水解酶初步研究

酶法转化7-木糖紫杉烷(7-XDT)为10-脱乙酰基紫杉醇(10-DAT)是目前合成紫杉醇的最主要途径.本研究分离到一株具有产生7-木糖紫杉烷(7-XDT)糖基水解酶能力的马特链霉菌(Streptomyces matensi YUCM 410051),通过酶的最适反应温度、硫酸铵分级沉淀、最适反应pH和酶的有机试剂耐受等研究,发现最适反应温度为25～30℃,硫酸铵分级沉淀酶活在20％～70％的盐浓度时活性最高;粗酶液最适反应pH在6.0～7.5,酶的甲醇耐受浓度和DMSO耐受浓度均为10％.深入研究该酶对开发具有水解7-木糖紫杉烷(7-XDT)中木糖基的酶资源和提高红豆杉中的紫杉烷类化合物的利用率具有重要价值.     

新型耐热β-1,4-木糖苷酶的重组表达及酶学性质

【目的】拟对来源于热解纤维素果汁杆菌的新型β-木糖苷酶基因(CoXyl B)进行重组表达和酶学性质研究。【方法】在大肠杆菌系统中成功表达CoXyl B基因,并通过镍柱亲和层析、强阴离子交换和凝胶层析等纯化方法获得纯酶。【结果】对CoXyl B酶学性质的研究结果显示,在以4-对硝基苯酚-β-D-木糖苷为底物时,该酶的最适反应温度为90℃,最适反应pH为6.0。在40–70℃范围内CoXyl B酶活较高且比较稳定。在pH 5.0–6.0之间,70℃孵育1 h后,CoXyl B的相对酶活仍保留80%以上。Ag~+、高浓度的SDS和PMSF对酶活力的抑制作用较显著,而高浓度Mg~(2+)、Li~+和EDTA对酶活力的激活作用较为明显。CoXyl B的k_(cat)和K_m值分别为5.0×10~(–3)s~(–1)和1.9 mmol/L。薄层层析色谱显示CoXyl B具有降解木二糖、木三糖和木四糖的能力。【结论】本研究鉴定出CoXyl B为一种新型的极端耐热木糖苷酶,CoXyl B的酶学性质研究将为其在食品热加工以及生物降解领域中的应用提供参考。     

极耐热性β-葡萄糖醛酸酶的高效表达和酶学性质及其应用

从海栖热袍菌克隆出编码热稳定性β-葡萄糖醛酸酶基因,以热激载体pHsh为表达质粒,在大肠杆菌中得到高效表达。基因表达产物通过一步热处理后,酶纯度达电泳均一。纯化重组酶酶学性质研究表明,β-葡萄糖醛酸酶的最适反应温度为80℃,最适反应pH为5．0,pH5．8～8．2之间酶的稳定性较好,80℃的半衰期为2h,SDS—PAGE结果显示分子量为65.9kD,与理论推算值相吻合。以对硝基苯-β-葡萄糖醛酸苷（pN/PG）为底物时,其动力学参数Km值0.18mmol／L,Vmax值为312u／mg。初步的应用分析表明,该重组酶能催化甘草酸转化为甘草次酸。     

多粘芽孢杆菌(Bacillus polymyxa)β-葡萄糖苷酶基因在大肠杆菌中的表达、纯化及酶学性质分析

从多粘芽孢杆菌(Bacillus polymyxa1．794)中克隆得到β—葡萄糖苷酶基因bglA。将其构建在大肠杆菌(Escherichia coli)表达载体pET28a( )上,转化E．coli BL21,获得重组工程菌BL1979。重组表达的β—葡萄糖苷酶的酶活力达到24．7IU／mL,经镍柱纯化后的β—葡萄糖苷酶最适温度为37℃,最适pH值为7．0,该酶经纯化后纯度可达92．7％。用非变性梯度聚丙烯凝胶电泳发现该酶具有多种寡聚体形式,经荧光底物活性染色表明这些寡聚体均具有β—葡萄糖苷酶活性。     

重组大肠杆菌高效分泌表达β-木糖苷酶发酵条件的优化

[目的]嗜热拟青霉β-木糖苷酶基因在大肠杆菌中高效分泌表述重组β-木糖哥酶摇瓶发酵条件优化,及5 L发酵罐放大培养.[方法]通过单因素试验对诱导剂种类及其添加量、诱导起始 OD600、培养温度、培养时间进行优化研究.[结果]摇瓶优化结果表明:2％乳糖为诱导剂、培养温度为33℃C、OD600控制在0.8-0.9时诱导为最佳产酶条件,在此条件下培养48 h后胞外酶活达到103.9 U/mL,胞外分泌的比例高达99％以上.进行5L发酵罐放大培养,发酵48 h胞外酶活达到最高值392.5 U/mL,蛋白含量为10.1 g/L.[结论]该重组大肠杆菌高效分泌β-木糖苷酶,具有较好的工业化生产前景.     

巨大芽孢杆菌β-淀粉酶在枯草芽孢杆菌中诱导表达及碳代谢去阻遏

【背景】β-淀粉酶在食品和医疗领域应用广泛。目前工业上使用的β-淀粉酶主要从植物中提取,生产成本高,限制了β-淀粉酶的应用。微生物生产的β-淀粉酶尽管早有报道,但由于产酶水平低下,因而一直未能实现工业化。【目的】实现巨大芽孢杆菌β-淀粉酶在枯草芽孢杆菌中的高效诱导表达,缓解碳分解代谢物阻遏(Carbon catabolite repression,CCR)对该重组酶表达的影响,并研究其酶学性质。【方法】克隆枯草芽孢杆菌木糖诱导启动子,构建木糖诱导表达载体以介导巨大芽孢杆菌1514的β-淀粉酶编码基因amyM在枯草芽孢杆菌中的异源表达。定点突变位于amyM信号肽编码区的分解代谢物响应元件(Catabolite responsive element,CRE),降低碳源代谢对重组β-淀粉酶施加的阻遏。【结果】构建了诱导表达β-淀粉酶基因的重组枯草芽孢杆菌菌株。同义替换amyM-CRE保守碱基在不同程度上缓解了碳源所施加的CCR效应,重组酶的表达水平得到显著提高。重组酶的分子量为57 kD,水解可溶性淀粉主要生成麦芽糖和少量葡萄糖,其中麦芽糖含量为72%。该酶最适作用温度为50°C,最适反应pH为6.0。Co2+、Ca2+对重组β-淀粉酶具有激活作用。【结论】通过木糖诱导表达系统和碳代谢去阻遏实现了β-淀粉酶在枯草芽孢杆菌中的高效表达,酶活最高可达97.16 U/mL发酵液,比amyM基因来源菌巨大芽孢杆菌1514的β-淀粉酶产量提高了440倍,为β-淀粉酶发酵生产的工业化提供了支撑。     

嗜碱芽孢杆菌C-125木糖苷酶基因的表达与酶特征鉴定

嗜碱芽孢杆菌(Bacillus halodurans)C-125菌株的基因组中,一个编码木糖苷酶的基因(BH1068)被克隆并在大肠杆菌中获得高效表达。通过全面分析纯化蛋白,确证了它的木糖苷酶功能。该酶在pH4～9的范围内保持稳定,最适pH值为中性,有较宽的最适温度(35°C～45°C),且能在45°C范围内保持稳定。这些特性使得该酶可在较为宽广的条件下对木聚糖进行酶促降解。该酶对人工合成底物对硝基苯-β-木糖苷(p-nitrophenyl-β-xylose,pNPX)的比活力为174mU/mg蛋白质,且木糖对其反馈抑制较弱(抑制常数Ki为300mmol/L)。结果显示该酶是活性较高且较耐木糖抑制的细菌源木糖苷酶。该酶与商品化的木聚糖酶一起水解山毛举木聚糖(Beechwood xylan)时显示了增效作用,且水解率可获40%。该酶最适pH为中性,对木糖耐受等特性与大多数来源于真菌、最适pH为酸性、对木糖敏感的木糖苷酶将有较好的互补。结果表明该酶在木聚糖或含木聚糖多糖的单糖化过程可能发挥重要作用。     

利用天蓝色链霉菌转化7-木糖紫杉烷的研究

紫杉醇是目前临床治疗癌症的一线化疗药物,资源紧张,价格昂贵。7-木糖-10-去乙酰基紫杉醇(7-XDT)在红豆杉中含量可达紫杉醇的10倍,脱除木糖基后生成的10-脱乙酰紫杉醇(10-DAT)经乙酰化可生成紫杉醇。通过木聚糖平板对不同菌株进行筛选,从52株供试微生物中,发现27株在木聚糖平板上生长良好。经转化实验筛选,发现一株天蓝色链霉菌(Streptomyces coelicolor YUCM 410115)具有转化7-XDT为10-脱乙酰紫杉醇的能力。菌体细胞经破碎离心后,沉淀及上清液均无转化反应出现,而发酵液的硫酸铵沉淀物则可以转化7-XDT生成10-DAT,表明该菌株能产生一种胞外紫杉醇-7-木糖苷酶,发酵液酶活为6 268U。首次发现天蓝色链霉菌能够产生紫杉醇-7-木糖苷酶,为7-XDT转化生产紫杉醇提供了新的酶源。     

黑曲霉An-76木聚糖酶系的酶学研究

用分子筛和离子交换等色谱分离技术,由黑曲霉An-76的木聚糖酶系中分离纯化到一种β-木糖苷酶(βx)和三种内切-β-木聚糖酶组分(EX1,EX 2,EX 3)。这几种酶均达到凝胶电泳纯和聚焦电泳纯。用凝胶过滤方法测得3X的分子量为147000,用凝胶电泳法测得EX1、EX2和EX3的分子量分别为2 3000、22000和41 000;βX、EX1、EX2和EX 3的等电点分别为4．6、5．9、4．1和3．9。本文还研究了各种酶的最适反应温度和PH、酶的热稳定性和pH稳定性;研究了金属离子和巯基试剂对酶活力的影响、动力学参数、氨基酸组成、底物持异性和反应产物等。各酶组份不具有分解纤维素的交叉活力。巯基试剂能完全抑制卢βX活力,其活力丧失可被半胱氨酸恢复。     

β-脱卤酶的基因克隆表达及其酶学性质

根据GenBank中的序列设计引物,克隆芽孢杆菌中的β-脱卤酶基因(命名为bhd)。以pET30a(+)为载体、Escherichia coli BL21(DE3)-CondonPlus为宿主菌,实现了bhd的高效表达。使用HisTrapTMFF亲和层析柱纯化重组β-脱卤酶,分子量约为23.1 kD。酶学性质研究表明,纯化的重组β-脱卤酶水解3-氯丙酸制备3-羟基丙酸的最适反应体系为30°C,100 mmol/L,pH 7.0的磷酸钠缓冲液。在最适反应条件下,重组β-脱卤酶的比活为16.2 U/mg,Km和Vmax分别为3.26μmol/L和17.86 mmol/(min.g protein)。在最适反应条件下,以10 mmol/L 3-氯丙酸为底物,反应36 h的转化率在93%以上。     

一种来源于Leifsonia shinshuensis DICP 16菌体的β-D-木糖苷酶的分离纯化及其性质

采用盐析、DE 52、Q-Sepharose Fast Flow阴离子交换层析、Toyopearl Butyl 650C疏水层析以及Sephacryl S-300 HR凝胶过滤层析联用的方法, 从Leifsonia shinshuensis DICP 16菌体中纯化出一种β-木糖苷酶.分离后该酶在SDS-PAGE 上呈单一蛋白质条带, 通过SDS-PAGE和凝胶过滤层析法, 测得该酶是一个由两个分子量约为91 kD的相同亚基组成的同源二聚体.其水解对硝基苯酚木糖苷(pNPX)的最适反应温度为55°C, pH值为7.0.该木糖苷酶在45°C以下, pH 6.0～11.0之间具有很好的稳定性.在45°C, pH值为7.0的条件下, 水解pNPX的Km, Vmax分别为1.04 mmol/L, 0.095 mmol/(min·mg).研究不同的金属离子对该酶的活性影响, 发现Fe2+和Cu2+是很强的抑制剂.通过对天然木糖苷化合物的水解测试, 发现该酶可以水解人参皂苷Rb3的木糖基, 产生人参皂苷Rd, 却不能水解紫杉烷木糖苷的木糖基.     

烟曲霉β-葡萄糖苷酶的基因克隆、表达及酶学性质分析

探索获得优良的β-葡萄糖苷酶基因,对实现其工业化生产具有重要意义。烟曲霉Aspergillus fumigatus基因组中含有一个bgl基因(1 752 bp),编码的蛋白约65 kDa,推测为属于糖苷水解酶家族的β-葡萄糖苷酶。将bgl基因克隆并构建了重组表达载体pGEX-bgl,转化大肠杆菌Escherichia coli BL21(DE3),经IPTG诱导获得表达。重组蛋白经亲和层析纯化后,以七叶苷为底物进行了酶学分析,结果表明该酶的最适温度是45℃,最适pH在5.5~6.0之间,对七叶苷的Km值为17.7 mmol/L。该酶在pH 4~7范围内稳定;70℃保温2 h后仍能保持60%的活性。金属离子和化学试剂对酶活性有不同程度的影响,Ca2+对重组酶有轻微的激活作用,而SDS可强烈抑制其活性。由于其相对于真菌来源的其他葡萄糖苷酶稳定性较高,为进一步的研究与应用奠定了基础。     

一株β-葡萄糖苷酶产生菌株的分离鉴定及酶学性质研究

【目的】分离获得β-葡萄糖苷酶高产菌株,确定该菌分类地位,并对其所产β-葡萄糖苷酶的酶学性质进行初步研究。【方法】采用七叶灵显色法从土壤样品中筛选β-葡萄糖苷酶产生菌,再用对硝基苯基-β-D-吡喃葡萄糖苷(PNPG)显色法进行复筛;通过形态特征、生理生化特征及16S rDNA序列相似性分析等方法确定其分类学地位;利用超滤、疏水层析、阴离子层析、分子筛层析法对β-葡萄糖苷酶进行分离纯化;以PNPG为底物,测定β-葡萄糖苷酶的最适反应pH及最适反应温度,通过双倒数作图法确定β-葡萄糖苷酶催化不同底物水解的米氏常数Km值。【结果】从土壤样品中筛选得到一株β-葡萄糖苷酶高产菌株ZF-6C,初步鉴定为Bacillus korlensis;芽胞杆菌ZF-6C所产β-葡萄糖苷酶的分子量约为90 kD,最适反应pH和温度分别为7.0和40°C,该酶具有水解β(1,4)糖苷键的活性,最适底物为邻硝基苯-β-D-吡喃葡萄糖苷,Km值为0.73 mmol/L。金属离子Ca2+、Pb2+增强酶活,而Cu2+、Fe2+抑制酶活。【结论】首次报道从Bacillus korlensis中分离得到β-葡萄糖苷酶,Bacillus korlensis ZF-6C所产β-葡萄糖苷酶在分子量、最适反应条件及底物特异性等方面均不同于已知酶,可能为一结构新颖且催化效率较高的β-葡萄糖苷酶。     

嗜热拟青霉产胞外木糖苷酶发酵条件的优化

嗜热拟青霉J18是由本实验室筛选并保存的拟青霉新种。该菌能够利用玉米芯为碳源、尿素为氮源液体发酵高产胞外β-木糖苷酶。单因素优化试验表明:5%的粒度为0.45mm～0.9mm的玉米芯、1%尿素、初始pH6.5、温度为45℃是最佳产酶培养条件。在优化后的条件下,培养5d产β-木糖苷酶的活力最高达3.15U/mL,比酶活为2.43U/mg。该菌所产的木聚糖酶和木糖苷酶协同作用可将桦木木聚糖完全降解成木糖,水解24h后,其水解液中还原糖含量比只加入电泳纯木聚糖酶的水解液提高了64%。     

嗜热木糖异构酶在大肠杆菌中的表达、纯化及性质研究

为获得具有高热稳定性的木糖异构酶,运用基因工程技术,从嗜热栖热菌Thermus thermophilus HB8中克隆到嗜热木糖异构酶基因xylA。测序结果表明,该基因与GenBank数据库中相比271位的碱基A突变为G,导致氨基酸序列中N91D突变。将该基因克隆到载体pET22b(+),并在E. coli BL21(DE3)中进行高效表达。通过热变性和强阴离子交换两步对该酶进行纯化,并对酶学性质进行了研究。结果表明,该酶最适温度为80 °C,最适pH为8.0,80 °C下半衰期为225 min。在60 °C,pH 7.5该酶的Km为15.20 mmol·L-1,Vmax为69.54 μmol·min-1,kcat为50.62 s-1,kcat/Km为3.33 L·s-1·mmol -1。研究结果为嗜热木糖异构酶的进一步工业应用奠定了基础。