短乳杆菌谷氨酸脱羧酶的生物信息学分析

以短乳杆菌(Lactobacillus brevis)Lb-2菌株cDNA为模板克隆了谷氨酸脱羧酶(Glutamate decarboxylase,GAD)基因。采用在线分析工具及相应软件分析预测了GAD基因核苷酸和氨基酸序列的组成、理化性质、信号肽以及高级结构等,并构建系统发育树。该基因序列全长1 407 bp,为一个完整的阅读框,编码468个氨基酸。GAD相对分子量理论预测值和等电点分别是53 517.8 u和5.42,没有跨膜区,没有其他亚细胞定位序列,为亲水性蛋白,与植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)和德氏乳酸杆菌(Lactobacillus delbrueckii)的GAD进化关系最近。     

应用拉氏图信息提高短乳杆菌谷氨酸脱羧酶催化性能

谷氨酸脱羧酶(Glutamate decarboxylase,GAD)是用于催化L-谷氨酸脱羧合成γ-氨基丁酸(γ-aminobutyrate,GABA)的唯一酶,提高GAD的催化活力或热稳定性,有利于GABA的高效制备和生产。以热稳定性和活性为筛选目标,通过研究短乳杆菌GAD1407三维模拟结构的拉氏图,确定不稳定氨基酸残基位点K413,采用定点突变的方法构建该位点的突变体,并测定野生型酶和突变酶的热稳定性和活力。结果表明突变酶K413A和突变酶K413I分别在热稳定性和酶活力上获得了提高,突变酶K413A在50℃的半衰期为105 min,是野生酶的2.1倍;突变酶K413I热稳定性没有明显的提高,但其酶活力却得到了有效提高,约为野生型的1.6倍。因此,通过拉氏图提供的结构信息可为利用理性设计提高GAD活性和热稳定性提供指导。     

谷氨酸脱羧酶研究进展

谷氨酸脱羧酶(glutamic acid decarboxylase,GAD,EC4.1.1.15)在生物体内广泛存在,其催化产物γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid,GABA)是哺乳动物体内一种重要的抑制性神经递质。在对自身免疫性疾病以及糖尿病研究中,特别是1型糖尿病,GAD、GABA以及谷氨酸脱羧酶抗体(glutamic acid decarboxylase-antibody,GAD-Ab)等的水平作为病理分析、疾病诊断、免疫治疗的重要参数,历来备受研究者关注。本文就GAD及其催化产物GABA的研究进展进行了综述,为更好地研究自身免疫性疾病的发病机理,探索更加有效安全的治疗方法提供参考。     

具有谷氨酸脱羧酶的大肠杆菌固定化细胞

本文研究了用海藻酸钙包埋法制备含谷氨酸脱羧酶固定化细胞的方法以及研究了制备的条件和影响其制备的因素。该法具有包埋细胞活力回收高,方法简便等优点。比较研究了固定化细胞和自然细胞谷氨酸脱羧酶的一些生物化学性质。其中固定化细胞最适pH和pH稳定性增加,最适温度及热稳定性下降;表观米氏常数增大;二价金属离子Zn~(++)、Cu~(++)、Mg~(++)、Fe~(++),Sr~(++)程度不同的抑制酶活性,Ca~(++)激活固定化细胞酶活性,EDTA无抑制作用。对固定化细胞和自然细胞酶活力活化的研究中发现这两种细胞经蒸馏水保温处理后酶活性都上升,且自然细胞酶活的上升较固定化细胞大;而用底物溶液处理后,自然细胞无变化,固定化细胞酶活下降。     

谷氨酸脱羧酶结构及催化机制的研究概述

谷氨酸脱羧酶(glutamate decarboxylase,GAD)是一种磷酸吡哆醛(pyridoxal-5′-phosphate,PLP)依赖性酶,广泛存在于自然界的动植物和微生物中,在酸性环境下发生结构变化,不可逆地催化L-谷氨酸或谷氨酸盐α-脱羧生成γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid,GABA)。γ-氨基丁酸在人体中作为一种抑制性神经递质,具有重要的生理功能,可以被广泛应用于食品和制药工业中。本文就谷氨酸脱羧酶结构及催化机制的研究进展进行概述。     

植物乳杆菌谷氨酸脱羧酶催化pH范围的理性改造及高效转化生产g-氨基丁酸

γ-氨基丁酸可由谷氨酸脱羧酶(glutamate decarboxylase, GAD)催化谷氨酸一步合成,反应体系成分简单、环境友好。然而,绝大多数GAD酶催化pH偏酸性且反应范围狭小,需要加入无机盐维持最适催化环境,增加了生产附加成分。此外,随着产物γ-氨基丁酸的生成,溶液pH会逐渐上升,不利于GAD酶的持续转化。本研究首先从实验室保藏的一株高产γ-氨基丁酸的植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)中克隆得到谷氨酸脱羧酶LpGAD,基于酶蛋白表面电荷修饰,选择9个位点进行定点突变及组合突变,酶学性质表征结果显示三突变体LpGAD^{S24R/D88R/Y309K}在催化pH区间内酶活力整体提高,尤其拓宽了在偏中性pH 6.0下的酶活,为野生酶的1.68倍。接下来,通过分子动力学模拟解析了酶活提高的机理。此外,将Lpgad与Lpgad^{S24R/D88R/Y309K}突变基因分别在谷氨酸棒杆菌(Corynebacterium glutamicum) E01中过表达,通过优化确定了摇瓶最适转化条件为反应温度40 ℃,菌体量OD₆₀₀=20,底物L-谷氨酸100.0 g/L,5-磷酸吡哆醛添加量为100 μmol/L。5 L发酵罐中,不调节pH,通过分批投料底物L-谷氨酸,γ-氨基丁酸产量高达402.8 g/L,较对照菌株提高了1.63倍。本研究成功拓宽了LpGAD的pH催化范围及酶活,提高了γ氨基丁酸的转化效率,为实现其规模化工业生产奠定了基础。     

豆豉中高产γ-氨基丁酸乳酸菌的筛选及其谷氨酸脱羧酶酶学特性研究

目的从云南传统发酵豆豉中分离和筛选得到高产γ-氨基丁酸（GABA）的乳酸菌,同时研究其分泌产生的GAD酶学特性,以期为GABA的自动化发酵及GAD的固定化生产提供参考依据。方法通过高效液相色谱分析,筛选到一株高产GABA的乳酸菌,并初步研究其GAD酶学特性。结果从云南传统发酵豆豉中筛选得到高产GA-BA的Lactobacillus plantarum YM-4-3（产量高达5.74 mmol/L,即0.592 g/L）,其最适发酵条件为35℃,MSG含量为3%,初始pH 6.0,静置厌氧（5%CO2）发酵96 h;酶学特性研究结果表明,该菌株由来GAD是一种酸性酶,在酸性条件下稳定,最适反应pH为4.0,最适反应温度40℃,辅因子磷酸吡哆醛的最适浓度为200μmol/L。结论云南传统发酵豆豉可作为筛选具有较强GABA转化能力乳酸菌的资源库,该研究将有助于新型乳酸菌发酵豆豉的研发。     

谷氨酸脱羧酶的分子改造及酶学性质研究*

以大肠杆菌(Escherichia coli)来源的谷氨酸脱羧酶(GadB)为研究对象,通过组合突变,获得了pH适用范围拓宽、催化活力提高和稳定性增强的组合突变体M2。与野生型GadB-WT相比,组合突变体M2的pH适用范围有效拓宽,在pH6.0时催化活力比GadB-WT提高113.43%。之后对含有M2突变体基因重组菌的发酵培养基和诱导条件进行优化,优化后单位培养基酶活力比未优化时提高了104.13%。在此基础上对M2的酶学性质进行测定,测得其最适pH为5.0,最适温度为37℃。通过稳定性测定M2的pH稳定性和热稳定性与野生型GadB-WT相比都有一定程度的增强。M2的动力学参数K_m值为7.316μmol/L,k_cat为13.387 s^-1,k_cat/K_m为1.830 L/(s·μmol)。研究获得的组合突变体M2进一步丰富了催化合成γ-氨基丁酸的GadB突变体酶库,具有良好应用前景。     

大鼠降结肠上皮细胞γ-氨基丁酸及谷氨酸脱羧酶的表达与意义

目的检测γ-氨基丁酸(gamma-aminobutyric acid,GABA)和谷氨酸脱羧酶(glutamic acid decarboxylase,GAD)在大鼠降结肠上皮的表达及分布特征,并探讨GABA与上皮细胞分化增殖的关系。方法用免疫荧光及激光共聚焦显微扫描技术,检测GABA、GAD65及GAD67在大鼠降结肠上皮中的表达,并以麦芽凝聚素组织化学染色与免疫荧光结合的双重染色显示GABA和GAD65表达细胞的分布特征。同时,用RT-PCR方法检测GAD mRNA的表达。此外,用3H-胸腺嘧啶放射自显影及增殖细胞核抗原(PCNA)免疫组化方法显示降结肠上皮的增殖带。结果RT-PCR显示降结肠粘膜中GAD65及GAD67mRNA均为阳性。GABA及GAD65免疫反应阳性细胞主要分布在降结肠的腔面和隐窝的上1/3上皮细胞的胞浆,而GAD67阳性细胞仅分布腔面,此外,GABA及GAD65阳性染色也见于黏膜固有层。双重染色显示杯状细胞中GABA及GAD65均为阴性3。H-胸腺嘧啶及PCNA标记阳性细胞主要在隐窝的中下段。结论GABA及GAD65分布在大鼠降结肠上皮的成熟带及功能带,GABA系统可能参与上皮细胞的分化与增殖的调节。     

Purification and Characterization of Glutamate Decarboxylase from Lactobadllus bvevis IFO 12005

Glutamate decarboxylase (GAD) [EC 4.1.1.15] was purified from a cell-free extract of Lactobadllus brevis TFO 12005 by chromatographies on Sephadex G-100, DEAE-Sepharose CL-6B, and Mono Q. About 9 mg of purified GAD was obtained from 90.2 g of wet cells. The purified preparation showed a single protein band on SDS-PAGE. The molecular weights of purified GAD by SDS-PAGE and gel filtration on Superdex 200 were 60,000 and 120,000, respectively, indicating that GAD from L. brevis exists as a dimer. The N-terminal amino acid sequence of the purified GAD was NH₂-Met-Asn-Lys-Asn-Asp-Gln-Glu-Gln-Thr-. The optimum pH and temperature of GAD were at pH 4.2 and at 30°C. The GAD activity was increased by the addition of sulfate ions in a dose-dependent manner. The order of effect was as follows: ammonium sulfate?>?sodium sulfate?>?magnesium sulfate, indicating that the increase of hydrophobic interaction between subunits causes the increase of GAD activity. The purified GAD reacted only with l-glutamic acid as a substrate and the K_m, k_cat, and k_cat/K_m values were 9.3 mm, 6.5 s^?1, and 7 × 10² m^?1 s^?1, respectively.     

A Simple Bioassay for Herbicidal Substances of Microbial Origin by Determining de novo Starch Synthesis in Leaf Segments

A simple and sensitive assay system was developed in the search for new herbicidal substances. The system is based on the following two phenomena observed in photosynthesis: (1) de novo starch synthesis, determined in excised leaf segments of barnyard millet (Panicum crus-galli), a C₄ plant, and Italian ryegrass (Lolium multiflorum Lam.), a C₃ plant; and (2) oxygen evolution in the cells of Scenedesmus obliquus, detected by using an oxygen electrode. The system can detect photosynthesis-inhibiting herbicides at a concentration as low as 0.1 ppm. After assaying 6,500 microbial culture broths, 6 culture filtrates were selected for further study.     

Enzymatic Production of γ-Aminobutyric Acid in Soybeans Using High Hydrostatic Pressure and Precursor Feeding

The purpose of this study is to prepare Worcestershire sauce with higher levels of ethanol and aromatic components by a trickle bed bioreactor. Ethanol productivity in a trickle bed bioreactor was measured with changing circulation rates from 40 to 280 ml/min with a fixed aeration rate (200 ml/min) at 28°C. Compared with the lower circulation rate (40 ml/min), at 210 ml/min of circulation rate or higher, ethanol productivity increased 10.3-fold at 41 h of fermentation.