植物β-葡萄糖苷酶的研究进展

β-葡萄糖苷酶是一种糖苷水解酶,广泛存在于动物、植物和微生物中。β-葡萄糖苷酶能够水解非还原性末端糖基,在植物细胞壁代谢、植物激素激活以及逆境防御等方面发挥着重要作用。β-葡萄糖苷酶依据其氨基酸序列可以分为GH1、GH3、GH5、GH7、GH9、GH12、GH35、GH116等8个家族;但是,目前仅对GH1和GH3有较深入的研究,其他家族的功能依旧不清楚。综述了近年来植物中β-葡萄糖苷酶的结构、理化性质、底物特异性、催化机制以及糖苷水解酶家族在植物中的功能等方面的研究进展,总结了植物中β-葡萄糖苷酶研究中存在的问题,并指出今后的研究方向。     

灵芝β-葡萄糖苷酶基因的克隆与功能分析

灵芝是我国著名的药用真菌,具有抗癌、抗肿瘤等功效。灵芝酸属于三萜类化合物,是灵芝的主要活性成分,并已成为评价灵芝品质的重要指标之一。β-葡萄糖苷酶(β-glucosidase,BG)是次生代谢产物合成途径中的关键限速酶,能够调节次生代谢产物的生物合成。本研究通过同源序列比对,注释获得了灵芝β-葡萄糖苷酶基因(GlBG),并通过RNAi技术对灵芝β-葡萄糖苷酶进行功能分析。序列分析结果显示GlBG基因的DNA全长为2 759 bp,包含7个外显子和6个内含子,编码793个氨基酸,其编码的蛋白序列中含有β-糖苷水解酶的2个保守结构域。灵芝β-葡萄糖苷酶基因的沉默转化子中灵芝酸含量比野生型菌株的灵芝酸含量平均降低了38%,并且灵芝酸生物合成途径中的关键酶基因(hmgs、hmgr、fps、sqs和osc)的表达量也显著下降,实验结果表明灵芝β-葡萄糖苷酶在灵芝酸生物合成过程中具有重要作用,并为灵芝次生代谢途径及其调控机制提供了参考。     

β-葡萄糖苷酶基因的克隆与表达研究进展

β-葡萄糖苷酶是一类重要的纤维素酶,广泛的存在于各种生物体内,具有重要研究价值.详细介绍了β-葡萄糖苷酶的性质与结构,微生物、植物β-葡萄糖苷酶基因的克隆情况,及在大肠杆菌和酵母中表达方面的研究.     

补料发酵法制备β-葡萄糖苷酶的研究

研究了黑曲霉制备β-葡萄糖苷酶液态发酵过程中添加麸皮和纤维二糖的补料工艺.补料量及补料次数影响着β-葡萄糖苷酶的分泌.经过四次补加1%菌麸皮干粉,发酵液中β-葡萄糖苷酶活力由未补料的1.72 U/mL增加到5.07 U/mL,提高了近3倍.而且,添加麸皮浸提液能达到同样效果.采用分批补料工艺产酶时,初始浓度为3%的麸皮用量比较适宜,其蛋白含量和β-葡萄糖苷酶的活力均为最高,分别达到0.69nag,/mL和7.00 U/mL.在补料总量和补料次数相同的情况下,以递减方式补料效果最好,产酶达7.34 U/mL.补加纤维二糖对β-葡萄糖苷酶的分泌具有一定的诱导作用,在接种培养48h时补加0.2%纤维二糖比较适宜.研究表明,分批补料发酵有利于黑曲霉分泌β-葡萄糖苷酶,是一种很好的提高酶产量的方法.     

大连医科大学基因工程研究所、＇机能实验室，大连116027 β-葡萄糖苷酶在工农医领域的应用

β-葡萄糖苷酶能够水解多种β-葡萄糖苷。它与其他纤维素酶共同作用,可以将自然界中含量丰富的纤维素水解成人类可以直接利用的能源物质——葡萄糖;β-葡萄糖苷酶在医学上也有重要的应用,它可用于一些肿瘤疾病的诊断和治疗。人缺乏β-葡萄糖苷酶,可以引起葡萄糖苷-N-脂酰鞘氨醇在巨噬细胞溶酶体内积累,引发戈谢病(Gaucherdisease)。     

β-葡萄糖苷酶在工农医领域的应用

β-葡萄糖苷酶能够水解多种β-葡萄糖苷.它与其他纤维素酶共同作用,可以将自然界中含量丰富的纤维素水解成人类可以直接利用的能源物质--葡萄糖;β-葡萄糖苷酶在医学上也有重要的应用,它可用于一些肿瘤疾病的诊断和治疗.人缺乏β-葡萄糖苷酶,可以引起葡萄糖苷-N-脂酰鞘氨醇在巨噬细胞溶酶体内积累,引发戈谢病(Gaucher disease).     

嗜热脱氮土壤芽孢杆菌β-葡萄糖苷酶的克隆与重组表达及其酶学性质研究

【目的】克隆嗜热脱氮土壤芽孢杆菌中的β-葡萄糖苷酶基因bglB,在E.coli中异源表达,纯化并研究其酶学性质。【方法】利用PCR技术从嗜热脱氮土壤芽孢杆菌的基因组DNA中克隆得到bglB基因,将该基因克隆到表达载体pGEX-2TL上并在大肠杆菌BL21(DE3)中表达,对纯化后的β-葡萄糖苷酶的酶学性质及寡聚状态进行分析。【结果】重组表达的β-葡萄糖苷酶最适温度为65°C,最适pH为7.0,能在pH 5-10、60°C下稳定存在4 h,并能在较高的离子强度(880 mmol/L K+)下发挥其功能。Al3+离子对其有强烈的激活作用,Co2+有一定的抑制作用。最适反应条件下该酶比活力为0.043 IU/mg。该酶具有多种寡聚体形式,这些寡聚体均有β-葡萄糖苷酶活性。【结论】获得一个耐热耐盐的中性β-葡萄糖苷酶,为进一步研究β-葡萄糖苷酶的催化作用机理,提高其热稳定性提供一定的帮助。     

β-葡萄糖苷酶与透明颤菌血红蛋白在大肠杆菌中的共表达

为解决大肠杆菌高密度发酵生产β-葡萄糖苷酶过程中溶氧不足的问题,分别采用双顺反子和T7启动子系统在Escherichia coli中引入透明颤菌血红蛋白(VHb)以改善溶氧的利用、提高菌体的生物量,进而增加β-葡萄糖苷酶的产量。以双顺反子形式诱导表达VHb时,在摇瓶低溶解氧条件下的最高生物量达到4.24±0.29(OD_(600)),与无VHb表达的对照组相比提高了35.03%,同时β-葡萄糖苷酶发酵酶活达到了(9.78±0.55)U/m L,比对照组提高了25.38%。在3 L发酵罐中使用双顺反子形式共表达VHb时,β-葡萄糖苷酶发酵总酶活达到141.23 U/m L,与无VHb表达的对照相比提高了35.57%。以T7启动子对VHb进行表达后,在摇瓶和发酵罐中β-葡萄糖苷酶的发酵酶活均低于对照组。这些结果表明,在大肠杆菌中以双顺反子形式共表达β-葡萄糖苷酶和VHb能够提升菌体对低溶氧的耐受能力,提高菌体生物量和β-葡萄糖苷酶的产量。     

植物芥子酶研究进展

芥子酶防御系统为白花菜目植物特有．由芥子酶及其底物硫代葡萄糖苷组成．芥子酶和硫代葡糖苷分别储藏在不同的细胞中,在受到病虫侵袭时,底物和酶相遇,硫代葡糖苷被降为有毒化合物,起防御作用．对植物芥子酶防御系统研究进展进行了综述,包括基因家族的结构、基因的表达调控、芥子酶的细胞定位、植物以外其它生物的芥子酶、硫代葡糖苷／芥子酶系统起源进化以及其可能功能等．     

雌激素和雌激素受体参与造血和免疫功能调节的研究进展

新近研究证明 ,雌激素及其受体 (ER)参与造血和免疫功能调节。在造血干细胞、骨髓基质细胞、T细胞、B细胞和树突状细胞中都有ERα和ERβ的表达。ERα缺乏 (ERα- / - )导致胸腺和脾脏发育不全 ,不成熟的CD4 CD8 双阳性细胞所占的比例增加。卵巢切除的ERβ基因敲除小鼠(ERβ- / - )给予雌激素后的表型和野生型相似 ,虽然胸腺皮层有少许退化 ,但CD4 /CD8表型没有改变。ERα- / - 小鼠骨髓细胞数稍有增加 ,而骨髓的原 /前 (pro/pre)B淋巴细胞 (B2 2 0low/IgM- )和成熟的B淋巴细胞数减少 ,而ERβ- / - 小鼠原 /前B淋巴细胞总数在骨髓和脾脏都高于野生型。ERβ- / - 小鼠还表现出髓样细胞增生性疾病 ,伴随淋巴细胞危像 ,和人慢性髓样淋巴细胞白血病相似 ,提示ERβ有抑制造血干细胞增殖和分化的作用。对ER基因多态性和自身免疫性疾病的易感性之间关系的研究 ,应因人群和疾病种类而异     

嗜热淀粉芽孢杆菌来源β-葡萄糖苷酶的重组表达与酶学性质

【背景】β-葡萄糖苷酶(EC 3.2.1.21,β-glucosidase),是纤维素分解酶系中的重要组成部分,目前工业上应用的β-葡萄糖苷酶多数来源于植物和真菌,来源于细菌的较少,且应用中还存在酶活力偏低、热稳定性差、反应条件适用范围窄、酶活力易受产物反馈抑制等问题,增加了经济成本。嗜热微生物具有特殊的遗传信息资源,极有可能从中挖掘到酶学性质优良的新型β-葡萄糖苷酶,从而解决工业难题。【目的】从嗜热淀粉芽孢杆菌(Bacillus thermoamylovorans)基因组中挖掘新型β-葡萄糖苷酶基因,通过基因重组、异源表达和蛋白纯化技术制备新型β-葡萄糖苷酶,并探究其酶学性质,为新型β-葡萄糖苷酶在纤维素水解等领域的应用奠定基础。【方法】人工合成新型β-葡萄糖苷酶基因bgl52,构建重组表达质粒pET22b-bgl52,并用电脉冲法转化到大肠杆菌BL21(DE3)中实现可溶性表达,利用Ni-NTA亲和层析纯化得到高纯度的β-葡萄糖苷酶Bgl52。【结果】实现重组表达质粒pET22b-bgl52在大肠杆菌BL21(DE3)中的可溶性表达,并获得β-葡萄糖苷酶Bgl52纯蛋白,蛋白分子量为52 kD,在70°C和pH 6.5条件下表现出最佳活性;以p-nitrophenyl-β-D-glucopyranoside (p NPG)为底物时的比酶活为223.7±5.3 U/mg;K_m为9.3±1.2 mmol/L,V_(max)为270.3±4.3μmol/(min·mg);Bgl52偏好性水解β-1,4糖苷键的底物;Fe~(2+)和Mg~(2+)对酶的激活作用明显,Co~(2+)、Cu~(2+)和SDS可抑制其活性;Bgl52是少有的几种葡萄糖和木糖激活型β-葡萄糖苷酶之一,当反应体系中外源添加0.2 mol/L葡萄糖时可提升活力至2.84倍,外源添加0.4 mol/L木糖时可提升活力至3.24倍,同时Bgl52在生理条件下基本不受产物的反馈抑制。【结论】利用嗜热微生物基因组中蕴藏的遗传信息资源,通过现代生物技术方法,可以从中挖掘到酶学性质优良的β-葡萄糖苷酶,为其在纤维素降解等工业领域的应用奠定基础。     

黑曲霉β-葡萄糖苷酶An-bgl3的重组表达及东莨菪苷的转化

东莨菪素是一种香豆素类化合物,有消肿抗炎、镇痛、抗菌、杀螨等生物活性。从植物中提取东莨菪素由于东莨菪苷及其他成分的干扰常导致提取率低、纯化困难。本研究对黑曲霉(Aspergillus niger)来源的β-葡萄糖苷酶基因An-bgl3进行异源表达、纯化及表征,分析了该酶与东莨菪苷的构效关系,并研究其对植物粗提物中东莨菪苷的转化作用。结果表明,纯化后β-葡萄糖苷酶An-bgl3的比活力为15.22 IU/mg;表观分子量约为120 kDa;最适反应温度和pH分别为55℃和4.0。10 mmol/L的金属离子Fe²⁺和Mn²⁺可使该酶活力活分别提高1.74倍和1.20倍;10 mmol/L的Tween-20、Tween-80和Triton X-100对于该酶的抑制效果均为30%;能够耐受10%浓度的甲醇和乙醇溶剂。东莨菪苷与An-bgl3具有较好的亲和作用。该酶处理丁公藤(Erycibe obtusifolia Benth)粗提物,能够专一性地将东莨菪苷水解为东莨菪素,使东莨菪素含量增加47.8%。本研究表明黑曲霉β-葡萄糖苷酶An-bgl3对东莨菪苷具有专一性,且酶学性质良好。该研究为使用β-葡萄糖苷酶资源从植物材料中提取东莨菪素提供了参考。     

葡枝根霉TP-02cDNA文库中两种新的β-葡萄糖苷酶基因的克隆及其在毕赤酵母中的表达

从具有良好降解纤维素能力的葡枝根霉TP-02的cDNA文库中筛选获得两个新的β-葡萄糖苷酶基因bgl1和bgl2,并在毕赤酵母中高效表达.阳性克隆在MM培养基中发酵84 h和1%的甲醇的诱导的情况下,产生的β-葡萄糖苷酶酶活达到峰值分别为8.2 IU/mL 和9.9 IU/mL,分别较原菌株葡枝根霉的β-葡萄糖苷酶酶活...     

灰绿曲霉β-葡萄糖苷酶的分离及特性

目的：利用灰绿曲霉EU7-22发酵产纤维素酶,从中分离到β-葡萄糖苷酶,分析其理化特性,确定其最佳活性条件。方法：灰绿曲霉EU7-22发酵液离心后,上清液经硫酸铵沉淀、Phenyl 6 Fast Flow（highsub）疏水层析和Sephacryl S-200凝胶层析,获得纯化的β-葡萄糖苷酶。结果：纯酶的比活性为5.1 IU/mg,得率为13.89%。SDS-PAGE凝胶电泳分析表明该酶是单亚基蛋白,其分子量为56.2 kDa。在pH4.0~6.0范围内,β-葡萄糖苷酶具有较高的稳定性,该酶的最适酶促反应pH为5.0。当β-葡萄糖苷酶在温度低于60℃的缓冲液中温育1 h后,酶活损失不大,表现了较好的稳定性;当该酶在温度高于60℃的缓冲液中温育1 h后,酶活迅速丧失。β-葡萄糖苷酶在70℃时具有最大催化活性。结论：灰绿曲霉EU7-22发酵产生的β-葡萄糖苷酶具有较高活性,具有分子量较小、最佳催化温度较高的特点。     

利用黑曲霉β-葡萄糖苷酶催化香兰素葡萄糖苷水解

本文通过在香兰素葡萄糖苷溶液中加入黑曲霉菌种发酵制取的β-葡萄糖苷酶,进行酶促反应实验,定时取样进行高效液相分析检测,结果表明在反应过程中,溶液中香兰素葡萄糖苷的含量呈逐步下降趋势,香兰素的量呈逐步增加趋势;而在没有加β-葡萄糖苷酶的对照实验中,整个反应过程中香兰素葡萄糖苷的含量基本没有出现什么变化,在反应液中也没有检测到香兰素,这说明黑曲霉β-葡萄糖苷酶能够催化香兰素葡萄糖苷分解为香兰素的反应.     

黑曲霉β-葡萄糖苷酶的酶学特性研究

研究黑曲霉β-葡萄糖苷酶的酶学特性,采用酶学研究方法,通过硫酸铵沉淀、Sephadex G-25脱盐和Sephadex G-100纯化了β-葡萄糖苷酶,并进行了黑曲霉β-葡萄糖苷酶的最适反应温度、最适pH、热稳定性、pH稳定性及米氏常数等特性研究,采用SDS-PAGE凝胶电泳测定了分子量。研究表明,β-葡萄糖苷酶的最适反应温度为70℃、最适反应pH为4.5;在40、50和60℃下较稳定,80℃以上稳定性差;β-葡萄糖苷酶在pH为3、7、8、9的缓冲液中的稳定性很差,在pH为4、5、6的缓冲液中稳定性较好,其中在pH为5时,稳定性最好;酶的Km=41.67 mmol/L,Vmax=23.81 U/L;其分子量为65.2 ku。β-葡萄糖苷酶在饲料工业具有良好的应用前景。     

pH值对绿色木霉(Trichoderma viride)产纤维素酶的影响

采用微晶纤维素为唯一诱导性碳源,对绿色木霉(Trichoderma viride)在摇瓶发酵过程中控制与不控制pH产纤维素酶进行比较.控制pH时胞外蛋白浓度为0.72 mg/mL比不控制pH时提高43%;FPA、EG、GB和CBH酶活为15.0U/mL,120.0U/mL,1.75U/mL,0.85U/mL分别是不控制pH时的2.1、2.3、11.7和1.7倍.在不同pH下测定纤维素酶液各酶活,表明pH值显著影响纤维素酶各单酶酶活.在pH2.7时,β-葡萄糖苷酶酶活仅为pH4.8时酶活的4%;pH回调试验结果表明β-葡萄糖苷酶对pH敏感,并在催化功能上发生不可逆变化.对纤维素酶液添加分离得到的各单酶,当添加β-葡萄糖苷酶时最多可以提高FPA酶活20%.因此β-葡萄糖苷酶是影响综合酶活的关键酶.通过拉曼光谱检测出β-葡萄糖苷酶在pH5.0有活性状态下,酶蛋白主链结构主要为a-螺旋和无规则卷曲;在pH2.0没有活性状态下,酶蛋白主链结构的无规则卷曲发生较大变化,a-螺旋也受到一定影响.这说明pH对β-葡萄糖苷酶构象的改变是造成其活性变化的主要原因.     

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。     

植物β-半乳糖苷酶

β-半乳糖苷酶是一个与细胞壁降解相关的酶,广泛分布于植物组织中,参与一系列的生理生化过程,如植物的花粉发育、果实成熟及生长过程中多糖的裂解。目前,已从多种植物中分离到β-半乳糖苷酶基因。β-半乳糖苷酶基因属于多基因家族,随着研究的深入,其不同水平的转录本在不同植物的不同组织中被发现。但目前β-半乳糖苷酶在植物发育中确切的作用机制尚不明确。现介绍目前这一领域内细胞与分子生物学方面的研究进展,并结合所在课题组的研究结果进行相关探讨,为进一步研究β-半乳糖苷酶在植物中的作用机制提供新的线索。     

植物β-半乳糖苷酶

β-半乳糖苷酶是一个与细胞壁降解相关的酶,广泛分布于植物组织中,参与一系列的生理生化过程,如植物的花粉发育、果实成熟及生长过程中多糖的裂解。目前,已从多种植物中分离到β-半乳糖苷酶基因。β-半乳糖苷酶基因属于多基因家族,随着研究的深入,其不同水平的转录本在不同植物的不同组织中被发现。但目前β-半乳糖苷酶在植物发育中确切的作用机制尚不明确。现介绍目前这一领域内细胞与分子生物学方面的研究进展,并结合所在课题组的研究结果进行相关探讨,为进一步研究β-半乳糖苷酶在植物中的作用机制提供新的线索。