N-端二硫键及芳香族氨基酸对木聚糖酶XynZF-2热稳定性的影响

为提高GH11家族中温木聚糖酶Xyn ZF-2的热稳定性,将其N-端替换成GH11家族的耐热性木聚糖酶Ev Xyn11的相应序列,并在该段序列引入芳香族氨基酸残基(P9Y、H14F),构建杂合木聚糖酶基因xyn EV-34,将木聚糖酶基因xyn ZF-2和xyn EV-34分别在E.coli BL21中表达,并分析温度和p H对酶活性的影响。结果表明,杂合木聚糖酶Xyn EV-34的最适温度为48℃,相比原酶Xyn ZF-2提高了8℃。在40℃保温1 h,原酶Xyn ZF-2残余酶活性下降到44.36%,而突变酶Xyn34残余酶活性为77.96%。在45℃,突变酶Xyn EV-34的半衰期t1/245℃为23 min,较重组酶Xyn ZF-2(t1/245℃=7 min)提高了16 min。同时,两种酶的最适p H均为5.0,但p H稳定性由原来的4.4~9.0扩增到了3.0~9.0。由此表明,二硫键以及芳香族氨基酸的引入,对该酶的热稳定性以及p H稳定性都有明显改善。     

嗜热裂孢菌木聚糖酶在毕赤酵母中的表达及酶学性质

将优化后的来自嗜热裂孢菌的木聚糖酶基因在毕赤酵母中进行异源表达并分析了其表达产物的酶学性质。对来源于嗜热裂孢菌的木聚糖酶基因催化域进行密码子优化,人工合成优化后的木聚糖酶成熟肽基因xyl11~M,构建重组表达质粒pPIC9K-xyl11~M,将其经SalⅠ线性化后电击转化毕赤酵母GS115,经G418筛选得到重组工程菌GS115/xyl11~M,甲醇诱导表达重组蛋白。表达的重组蛋白reXyl11M经SDS-PAGE分析,其相对分子质量约34 000,酶活性可达到105.3 U/m L,最适反应温度为70℃,并在30~75℃温度内较稳定;最适反应pH为6.0,在pH6.5~7.5范围内稳定;Co~(2+)、Ba~(2+)、Cu~(2+)、Li~+对酶活性有强烈的激活作用,Fe~(3+)有明显的抑制作用,其它金属离子及EDTA对re Xyl11M酶活性影响不大。结果表明xyl11M成功在毕赤酵母GS115中实现表达,且reXyl11~M的酶学特性优良。     

耐热木聚糖酶基因在毕赤酵母中的表达及酶学性质

将一种11家族极端耐热木聚糖酶的密码子优化基因Syxyn11克隆到毕赤酵母表达载体pPIC9K中,得到重组质粒pPIC9K-Syxyn11,将其经SalⅠ线性化后转化毕赤酵母(Pichia pastoris)GS115。经G418筛选得到重组工程菌GS115/Syxyn11,用甲醇诱导表达重组木聚糖酶SyXyn11,酶活可达到17.74 U/mL。SDS-PAGE显示,SyXyn11的相对分子质量为31 000。SyXyn11的最适反应温度为85℃,在80℃以下稳定。最适反应pH为6.5,在pH 5.0~7.5范围内稳定。EDTA和大多数金属离子对重组酶的活性影响不大。结果表明Syxyn11成功在P.pastoris GS115中实现表达,而且重组木聚糖酶的耐热性并未改变。     

木聚糖酶Xyn43A基因在大肠杆菌及毕赤酵母中的表达比较

根据木聚糖酶Xyn43A基因序列,设计特异性引物,以p MD18-T-Xyn43A重组质粒为模板克隆Xyn43A成熟肽基因,将该基因分别克隆到大肠杆菌表达载体p ET-28a和毕赤酵母表达载体p PIC9K中,分别在大肠杆菌BL21及毕赤酵母GS115中表达。重组酶在大肠杆菌中胞内表达,比酶活力可达61.43 U/mg。重组酶在毕赤酵母中分泌表达,比酶活力可达145.24 U/mg。酶学性质显示,BL21-Xyn43A、GS115-Xyn43A重组酶最适温度、p H相同均为45℃、p H 5.0。GS115-Xyn43A温度稳定性、p H稳定性均优于BL21-Xyn43A。     

碱性木聚糖酶在毕赤酵母的表达及酶学性质研究

将教酒链霉菌L1105第10家族碱性木聚糖酶基因去除纤维素结合域(CBD)后将功能结构域基因xynAe SC克隆到毕赤酵母表达载体。经筛选得到重组工程菌GS1153-20,用甲醇诱导后产酶活力达到最高683±9U/m L。结果表明,重组木聚糖酶的最适p H为7.2,且在p H 6.2~8.6有较高的相对酶活;其最适温度为70℃,40~60℃时相对酶活力都在70%以上;重组酶Xyn Ae SC以燕麦木聚糖为底物时,酶活力最高,相对酶活力为桦木的259.7%±10.7%;对甘蔗渣木聚糖的酶活力最低,只有对桦木木聚糖酶活的16.0%±1.5%。研究表明,碱性木聚糖酶基因成功地在毕赤酵母中表达,且去除CBD域后,其酶学性质并未改变。     

木聚糖酶重组毕赤酵母合成培养基的Plackett-Burman法优化

目的:筛选合成培养基中影响重组毕赤酵母高效表达木聚糖酶的关键成分。方法:首先通过单因素实验和t检验筛选重组毕赤酵母表达木聚糖酶的最佳初始诱导培养基,其次利用Plackett-Burman设计及逐步回归建立培养基成分和响应值间的多元线性回归模型,并筛选出关键培养基成分,最后利用相关系数分析,对非关键成分含量的选取做出合理的取舍。结果:筛选出甘油磷酸钠、硫酸钙、PTM1和硫酸铵是影响重组酵母表达木聚糖酶的关键培养基成分,且当培养基组合为甘油磷酸钠20 g/L,(NH₄)₂SO₄ 2.0 g/L,CaSO₄·2H₂O 2.0 g/L,K₂SO₄ 20.0 g/L,MgSO₄·7H₂O 6.0 g/L,PTM1 8.0 mL/L,甲醇10.0 mL/L,吐温80 2.0 g/L时,木聚糖酶的酶活力和比酶活分别达到2298.4 U/mL和9926.3 U/mg,分别是优化前的3.055倍和3.889倍。结论:Plackett-Burman设计不仅可以显著提升培养基优化目标,还能筛选出关键培养基成分,从而为进一步优化奠定了基础。     

木聚糖酶XynG1-1在毕赤酵母中的表达及发酵条件优化

将来源于Paenibacillus campinasensis G1-1的木聚糖酶编码基因成功整合到毕赤酵母GS115基因组上,构建了高产木聚糖酶XynG1-1的毕赤酵母工程菌。采用响应面法对该工程菌的发酵条件进行优化。首先使用Design-Expert软件进行Plackett Burman实验设计筛选出影响产酶量的3个主要因素,即甲醇含量、生物素含量和培养时间。在此基础上使用Design-Expert软件进行Box-Behnken实验设计,通过响应面分析得出优化的发酵培养条件为:甲醇含量2.28%,培养时间37.29 h,生物素4 mg/L,酵母粉20 g/L,蛋白胨20 g/L,YNB 30 g/L,装液量100 m L/L,转速250 r/min、温度28℃、磷酸缓冲液pH 6.0。经实验验证,优化后的培养条件下胞外重组酶活达到707.2 IU/m L,与响应面预测结果一致,较优化前木聚糖酶酶活提高了7.9倍,较原始菌株产酶量提高了19.8倍。经10 L发酵罐扩大培养之后,重组木聚糖酶的酶活达到2 703 IU/m L。因此,该研究有效提高了木聚糖酶XynG1-1的发酵产量,并且,该重组酶保持了良好的酶学性质,可为工业化生产及应用奠定基础。     

产木聚糖酶毕赤酵母工程菌株构建及表达条件优化研究

将黑曲霉XZ-3S木聚糖酶Xyn43A成熟肽基因插入表达载体p PIC9K,重组质粒SalⅠ线性化后分别电击转化2种毕赤酵母GS115和KM71,转化液经MD平板、G418浓度梯度平板和摇瓶复筛,获得两株重组菌GS115/Xyn43A（Mut⁺）和KM71/Xyn43A（Mut^s）。其中GS115/Xyn43A菌株最优表达条件为:甲醇浓度2.0%,接种时间24 h,诱导时间108 h,诱导温度30℃、诱导培养基初始p H6.3;KM71/Xyn43A菌株最优表达条件为:甲醇浓度1.75%,接种时间26 h,诱导时间132 h,诱导温度30℃、诱导培养基初始p H6.5。在最优表达条件下两重组菌GS115/Xyn43A和KM71/Xyn43A比酶活力分别可达139.36、143.29 U/mg。      

内切葡聚糖酶与木聚糖酶在毕赤酵母中的共分泌表达

为实现内切葡聚糖酶和木聚糖酶在毕赤酵母中的共分泌表达,进而降低酶制剂的生产成本,构建含木聚糖酶基因的重组表达载体pPICZαA-Aoxyn11A,经SacI线性化后,电转化至含内切葡聚糖酶基因Aucel12A的重组毕赤酵母GSC7中,获得双重重组毕赤酵母GSCX8。经甲醇诱导表达后,GSCX8发酵上清液中内切葡聚糖酶和木聚糖酶的活性分别为47.77IU/mL和192.71IU/mL,为单独表达菌株GSC7和GSX5的85%和80%。酶学性质分析显示,内切葡聚糖酶的最适pH为4.0,在pH3.0~8.5稳定;最适温度为50℃,在60℃以下稳定。木聚糖酶的最适pH为5.5,在pH3.0~10.0稳定;最适温度为55℃,在50℃以下稳定。GSCX8遗传稳定性测试结果表明,内切葡聚糖酶和木聚糖酶在毕赤酵母中实现了稳定的共表达。     

黑曲霉XZ-3S木聚糖酶基因xynZF-2在毕赤酵母中的高效表达

将黑曲霉XZ-3S木聚糖酶基因xyn ZF-2（成熟肽碱基）插入表达载体p PIC9K中,SalⅠ线性化后电击转化毕赤酵母GS115,经MD平板、G418梯度和摇瓶复筛筛选出多克隆阳性转化子。选择28h的种子,每隔24h补加1.5%的甲醇,发酵96h后,比酶活可达13210U/mg;SDS-PAGE分析表明,该蛋白相对分子质量为23.0ku;重组酶最适作用温度为45℃,最适作用p H为5.0,在温度35⁴0℃、p H5⁷条件下有良好的稳定性,Ca2+对酶的激活作用最明显。      

毕赤酵母发酵产木聚糖酶条件研究

对产木聚糖酶的毕赤酵母进行5L罐发酵研究,确定了5L罐发酵的最佳种龄是24h,最佳接种量是10%.通过对pH值、搅拌转速、温度、空气流量进行正交设计试验,得出结论:pH值和温度是影响产酶的主要影响因子,并结合实际情况,得到5L罐发酵产木聚糖酶的工艺条件:pH值为5.5,温度为30.0℃,空气流量3L/min,搅拌转速为300r/min,发酵130h,毕赤酵母发酵产木聚糖酶的酶活为2780U/mL.     

Acidophilic xylanase from Aureobasidium pullulans: efficient expression and secretion in Pichia pastoris and mutational analysis

A yeast-like fungus Aureobasidium pullulans var. melanigenum strain ATCC 20524 produces an extracellular acidophilic endo-1,4-beta-xylanase with an optimum pH of 2.0 [Ohta et al., J. Biosci. Bioeng., 92, 262-270 (2001)]. The xynI cDNA encoding the precursor protein (XynI) was expressed in the methylotrophic yeast Pichia pastoris under the control of the alcohol oxidase I gene promoter. The 34 amino acid prepro-signal peptide of the A. pullulans XynI directed the efficient secretion of 178 mg of active xylanase per liter of the culture medium. The secretion level of the xylanase with its own signal peptide was comparable to that of the mature protein fused to the prepro leader from Saccharomyces cerevisiae alpha-mating factor and twofold higher than that of the mature protein fused to the pre-type signal peptide from P. pastoris acid phosphatase. The N-terminal amino acid sequence and the apparent M(r) of 24 kDa of the secreted recombinant protein indicated the native-like processing of the A. pullulans XynI signal sequence in P. pastoris. The three-dimensional model and mutational analysis of the xynI gene product showed that Asp-73 and Glu-157 residues located at the upper and lower edges of the active site cleft, respectively, play a significant role in its low pH optimum.     

黑曲霉XZ-3S木聚糖酶基因xynZF-2在毕赤酵母中的高效表达

将黑曲霉XZ-3S木聚糖酶基因xyn ZF-2(成熟肽碱基)插入表达载体p PIC9K中,SalⅠ线性化后电击转化毕赤酵母GS115,经MD平板、G418梯度和摇瓶复筛筛选出多克隆阳性转化子。选择28h的种子,每隔24h补加1.5%的甲醇,发酵96h后,比酶活可达13210U/mg;SDS-PAGE分析表明,该蛋白相对分子质量为23.0ku;重组酶最适作用温度为45℃,最适作用p H为5.0,在温度35~40℃、p H5~7条件下有良好的稳定性,Ca2+对酶的激活作用最明显。     

毕赤酵母产耐热木聚糖酶发酵工艺的研究

对毕赤酵母产木聚糖酶的发酵条件进行优化.单因素实验结果表明,该菌产木聚糖酶的最佳碳源为麸皮,最佳麸皮颗粒大小为超微粉碎,实际发酵选择麸皮颗粒直径0.5mm左右;最佳氮源为酵母膏,最佳种龄为24h,最佳初始培养基pH为5.5;添加吐温-80能有效提高产酶水平.经优化后,木聚糖酶酶活达到1800IU/mL.该酶最适反应温度为70℃.     

双水相萃取分离重组毕赤酵母碱性木聚糖酶

利用双水相萃取技术对来源于重组毕赤酵母的碱性木聚糖酶进行了初步分离。研究了聚乙二醇(PEG)分子量、PEG浓度、盐种类及浓度、Na Cl加入量和p H等因素对萃取效果的影响。结果表明,在PEG 4000浓度为20%,Na2HPO4浓度为18%,Na Cl浓度为0,p H6.0的条件下,获得最佳萃取效果,其结果为:分配系数(K)8.51,酶的活力回收率(Y)87.2%,纯化倍数(PF)2.54。      

重组牛乳铁蛋白肽衍生肽设计及其在毕赤酵母中的表达

利用抗菌肽数据库和生物信息学分析工具,基于抗菌肽结构和功能的关系,设计了LFcin B衍生肽LFcin B-W4,10。为了验证衍生肽设计的合理性及表达产物功能正确性,将优化设计的基因序列经限制性内切酶酶切后,用T4 DNA连接酶连接到分泌型表达载体p PIC9K中,获得的重组表达载体p PIC9K-LFcinB-W 4,10经线性化后电转入毕赤酵母GS115中,经过G418浓度梯度筛选得到高拷贝转化子。经PCR鉴定,目的基因与酵母基因组稳定整合。阳性转化子经体积分数为2. 5%的甲醇诱导表达,表达产物用Tricine-SDS-PAGE检测到相对分子质量约为3. 2 k Da的衍生肽LFcin B-W4,10。每24 h取样检测发酵上清液抑菌活性,结果表明,抗菌肽LFcin BW4,10对金黄色葡萄球菌具有良好的抑菌活性,诱导表达96 h时其抑菌圈直径最大。实验为探究牛乳铁蛋白肽功能-结构关系奠定了基础。     

Cloning of a thermostable xylanase from Actinomadura sp. S14 and its expression in Escherichia coli and Pichia pastoris

A thermophilic xylan-degrading Actinomadura sp. S14 was isolated from compost in Thailand. Hemicellulase activities such as endo-1,4-β-xylanase, β-xylosidase and α-arabinofuranosidase were induced with xylan-containing agriculture wastes and oat spelt xylan. The gene encoding xylanase consisting of 687bp was cloned from Actinomadura sp. S14. The deduced amino acid sequence contained a signal peptide of 41 amino acids and a probable mature xylanase of 188 amino acids. An open reading frame (xynS14) corresponding to a mature xylanase was expressed in Escherichia coli and Pichia pastoris. The specific activity of purified XynS14 (P. pastoris) was 2.4-fold higher than XynS14 (E. coli). Both XynS14s showed the same basic properties such as optimal pH and temperature (pH 6.0 and 80°C) and stability in a broad pH range (pH 5.0-11.0) and at high temperatures up to 80°C. Both XynS14s showed approximately the same substrate specificity and K(m) values toward various xylans, but XynS14 (P. pastoris) showed higher V(max) and K(cat) than XynS14 (E. coli). Higher specific activities of XynS14 (P. pastoris) may be due to protein-folding in the host. Purified XynS14 showed more endo-1,4-β-xylanase activity on xylan and xylooligosaccharides than on xylotriose.