重组共表达大肠杆菌细胞从D-葡萄糖一锅法生产D-甘露糖

【背景】D-甘露糖的酶促转化方法已受到相当大的关注。【目的】研究D-葡萄糖异构酶(D-glucoseisomerase,D-GIase)和D-来苏糖异构酶(D-lyxoseisomerase,D-LIase)共表达于大肠杆菌细胞生产D-甘露糖的工艺条件。【方法】将D-GIase和D-LIase基因片段合成后酶切连接到载体p CDFDuet-1上,构建p CDFDuet-Acce-DGI/Peba-DLI重组质粒并导入到大肠杆菌BL21(DE3)中共表达,通过摇瓶培养得到产D-GIase和D-LIase的菌体,测定该共表达细胞体系的反应条件。【结果】添加1 mmol/L Co~(2+),共表达体系酶的最适温度和p H分别为70°C和6.0。以浓度分别为100、300、500 g/L的D-葡萄糖为底物生产D-甘露糖,平衡后D-甘露糖质量浓度分别为13.8、38.1、62.6 g/L,相应的转化率分别为13.8%、12.7%、12.5%,D-葡萄糖、D-果糖和D-甘露糖的平衡比约为50:37.5:12.5。【结论】D-GIase和D-LIase在大肠杆菌细胞中组成的共表达体系通过一锅法可利用D-葡萄糖为底物生产D-甘露糖。     

类芽孢杆菌来源D-甘露醇氧化酶的性质及制备D-甘露糖的应用

D-甘露糖具有多种功能活性，在食品、医药、农业等行业应用广泛。D-甘露醇氧化酶可以高效地将D-甘露醇转化为D-甘露糖，在D-甘露糖的酶法制备中具有应用潜力。从类芽孢杆菌(Paenibacillus sp.) HGF5中发掘出一个D-甘露醇氧化酶(PsOX)，与天蓝链霉菌(Streptomyces coelicolor)来源的D-甘露醇氧化酶(AldO)氨基酸序列相似性为50.94%，分子量约为47.4 kDa，构建了重组表达质粒pET-28a-PsOX并在大肠杆菌BL21(DE3)中表达，PsOX对D-甘露醇的K_m、k_cat/K_m值分别为5.6 mmol/L、0.68 L/(s∙mmol)，最适pH和温度分别为7.0和35 ℃，在60 ℃以下保持稳定。PsOX对400 mmol/L D-甘露醇的摩尔转化率为95.2%。利用PsOX与AldO全细胞分别催化73 g/L D-甘露醇，PsOX反应9 h后反应完全，生成70 g/L D-甘露糖，相较于AldO具有更高的催化效率。PsOX作为新型D-甘露糖氧化酶为D-甘露糖的酶法制备提供了依据。     

用甘露糖异构酶从D-果糖生产D-甘露糖

D-甘露糖是合成甘露醇、药物和糖蛋白中糖链的原料。最近又发现D-甘露糖能抑制沙门氏菌的生长,可用做家禽饲料添加剂,预防细菌污染。D-甘露糖是用植物甘露聚糖,酸解制备的,或由葡萄糖经钼催化的差向异构作用制备,因此价格十分昂贵。 甘露糖异构酶可将D-果糖可逆性转化成D-甘露糖。新近从土壤中分离到的假单胞菌MI可以产生耐热甘露糖异构酶。 假单胞菌甘露糖异构酶的最适活性温度约为60℃(在0.1MD-甘露糖,pH7.0条件下反应30分钟)。温度高于50℃酶不稳定。在测试过的糖类中只     

假单胞菌属No.2120生产D-甘露糖异构酶发酵培养基的优化

通过单因子实验、Plackett-Burman实验设计、响应面分析法对假单胞菌属No.2120产D-甘露糖异构酶的培养基进行优化,确定发酵优化条件:果糖15.26 g/L,牛肉膏20 g/L,酵母膏2 g/L,K2HPO42 g/L,MgSO4.7H2O0.5 g/L,NaCl 0.5 g/L,Tween-80 1.54 g/L。采用优化配方异构酶比酶活可以达到68.28 U/mL。     

大肠杆菌甘露糖异构酶(MI)基因克隆及功能研究

甘露糖异构酶(EC 5.3.1.7,Mannose isomerase,简称MI)能够催化果糖和甘露糖之间的异构转化.甘露糖加氢催化形成甘露醇,因此甘露糖异构酶的研究为工业生产甘露糖和甘露醇提供了新的可能途径.本研究以Escherichia coli JM109基因组DNA为模板,PCR扩增mi基因.结果表明,所克隆的mi基因与E.coli str.K-12 substr.MG1655的MI基因序列一致性为99.9%,氨基酸序列一致性为99%.该基因能够在E.coli BL21(DE3)中进行高效诱导表达,诱导出51.4 kD的特异性融合蛋白.酶学研究表明,该酶最适反应温度为37℃,最适pH为7.5,甘露糖为最佳反应底物,反应平衡时果糖与甘露糖的比值约为2.7.     

以D-果糖为原料利用新型异构酶转化生产D-阿洛糖

稀少糖是自然界中含量稀少、化学合成困难的一类低热量单糖。D-阿洛糖是一种重要的稀少己醛糖,其具有减少活性自由基、抑制癌细胞增殖等独特的生理学功能。因此,以微生物发酵生产D-阿洛酮糖-3-差向异构酶(DPE)和L-鼠李糖异构酶(L-RhI)转化生产D-阿洛糖,成为近几年来国际研究的热点之一。文中分别克隆了来源于解纤维梭菌Clostridium cellulolyticum H10的DPE基因以及来源于枯草芽胞杆菌Bacillussubtilis 168的L-RhI基因,并分别使其在宿主菌B.subtilis及大肠杆菌Escherichia coli BL21(DE3)中得到了表达。进一步利用镍亲和层析和阴离子交换色谱等手段对这两种酶进行了纯化,并对这两种纯化后酶的转化能力进行了分析测定。结果表明,以D-果糖为原料利用两种异构酶依次转化获得D-阿洛酮糖及D-阿洛糖,其两步转化效率分别为27.34%和34.64%。     

对羟基扁桃酸合酶基因的克隆表达及催化特性

【目的】比较两种不同来源基因重组的对羟基扁桃酸合酶(HmaS),考察其在大肠杆菌中的表达效率。【方法】分别对东方拟无枝酸菌(Amycolatopsis orientalis)和天蓝色链霉菌(Streptomyces coelicolor)来源的hmas进行异源表达,经离子交换层析和凝胶过滤色谱分离纯化获得HmaS,并检测HmaS的酶活和催化特性。【结果】来源于S.coelicolor的HmaSSC2比酶活是来源于A.orientalis的3.6倍;来源于A.orientalis的HmaSAO最适反应温度为28°C,在弱碱性条件下的酶活稳定性较好;来源于S.coelicolor的HmaSSC2最适反应温度为35°C,在28-45°C内保持较高的酶活,具有良好耐热性,在pH 7.0左右酶活最高,更易在偏中性的条件下发挥功能。【结论】HmaSSC2更适用于代谢工程改造大肠杆菌发酵法生产扁桃酸。     

基于双酶级联协调表达策略高效催化合成D-甘露醇北大核心CSCD

D-甘露醇(D-mannitol)作为合成抗肿瘤药和免疫刺激剂的重要前体被广泛应用于制药和医疗等行业,酶法合成D-甘露醇反应成本昂贵无法满足工业化生产。本研究首先筛选关键酶获得较优性能的甘露醇脱氢酶Lp MDH和用于辅因子NADH再生的葡萄糖脱氢酶Ba GDH,在大肠杆菌(Escherichia coli)BL21(DE3)中共表达,实现了基于双酶级联反应催化底物D-果糖合成D-甘露醇,D-甘露醇的初步摩尔转化率为59.7%。针对双酶级联催化反应中辅酶再生用酶与催化用酶表达量不协调的问题,通过增加Bagdh拷贝量来提高辅因子循环能力,获得了双酶催化速率平衡的重组大肠杆菌E.coli BL21/pETDuet-Lpmdh-Bagdh-Bagdh。进一步对重组菌的全细胞转化条件进行优化,确定了最适转化条件为反应温度30℃,初始pH值6.5,菌体量OD600=30,底物D-果糖100.0 g/L,辅底物葡萄糖与底物1︰1摩尔当量。于最优转化条件下5 L发酵罐转化24 h,D-甘露醇的最高产量为81.9g/L,摩尔转化率为81.9%。本研究提供了一种绿色、高效生物催化生产D-甘露醇的方法,为实现其规模化生产奠定了基础,同时也对其他相关稀有糖醇的研究具有指导意义。     

联合β-半乳糖苷酶和L-阿拉伯糖异构酶法合成D-塔格糖的研究

将大肠杆菌K-12中的B-半乳糖苷酶基因lacZ和L-阿拉伯糖异构酶基因araA以串联方式克隆到载体pET-28a（＋）上,并转入大肠杆菌BL21（DE3）中进行表达。通过SDS—PAGE分析发现,重组菌株能表达出大量可溶性B．半乳糖苷酶蛋白和L-阿拉伯糖异构酶蛋白。以重悬菌液为酶源,可将乳糖降解为D-半乳糖,并将D-半乳糖转化为D-塔格糖。在温度为50℃,pH7．0的缓冲液中,经一段时间反应后,D-塔格糖的转化率可达21％以上。加入Mn^2＋、Co^2＋和Fe^2＋均能够使D-塔格糖的转化率提高。     

D-乳酸生产菌菊糖芽孢乳杆菌来源的D-乳酸脱氢酶同工酶

【目的】菊糖芽孢乳杆菌(Sporolactobacillus inulinus)作为典型的同型发酵产D-乳酸的优势菌株,能够高效生产高纯度的D-乳酸。该菌株发酵受到多方面环境因素影响。糖代谢的关键酶例如葡萄糖激酶、磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶以及乳酸脱氢酶均为由葡萄糖代谢成为乳酸的关键酶,该菌中相关代谢酶的研究是发酵调控至关重要的基础。分析S.inulinus的基因组表明有3个推测为D-乳酸脱氢酶的基因,其中已有报道研究了1个双功能蛋白[bifunctional protein(BP)]。本研究分别克隆并解析了另2个D-乳酸脱氢酶同工酶的性质。【方法】本研究以S.inulinus Y2-8基因组DNA为模板,克隆得到2个D-ldh基因(dldh、dhdh),经测序分别为D-乳酸脱氢酶[D-lactic acid dehydrogenase(DLDH)]和D-羟基酸脱氢酶[D-isomer specific 2-hydroxyacid dehydrogenase(DHDH)]的基因。构建的重组菌表达蛋白DLDH,DHDH均具有催化丙酮酸生成D-乳酸的功能。【结果】重组菌表达的蛋白经镍柱亲和层析达到电泳纯。SDS-PAGE分析表明DLDH的表观分子量为37 k Da,DHDH的表观分子量为39 k Da。此外,DLDH以丙酮酸为底物时Km值为(0.58±0.04)mmol/L,对底物有较高的亲和力,最适反应温度为35°C,最适p H为6.5;而DHDH以丙酮酸为底物时Km值为(1.70±0.08)mmol/L最适反应温度为30°C,最适p H为7.5。另有报道的BP以丙酮酸为底物时Km值为(3.40±0.02)mmol/L,最适反应温度为30°C,最适p H为5.5。【结论】根据对底物丙酮酸的亲和力,最适温度及最适p H,推测DLDH是乳酸发酵中产D-乳酸的主导催化剂。结合相关酶学性质的分析可为今后的发酵调控提供理论依据。     

Purification and Characterization of Mannose Isomerase from Agrobacterium radiobacter M-1

A mannose isomerase from Agrobacterium radiobacter M-1 (formerly Pseudomonas sp. MI) was purified to electrophoretic homogeneity and characterized. A cell-free extract was separated by ammonium sulfate fractionation, Butyl-Toyopearl 650M, DEAE-Sepharose and hydroxylapatite column chromatography. Its molecular mass was estimated to be 44 kDa by SDS-PAGE and 90 kDa by gel filtration, in which the enzyme is most likely a dimer composed of two identical subunits. The purified enzyme had an optimum pH at 8.0, an optimum temperature at 60°C, a pI of 5.2 and a K_m of 20 mM, and specifically converted D-mannose and D-lyxose to ketose. The N-terminal amino acid sequence was identified.     

麻类脱胶高效菌株果胶裂解酶基因克隆与表达

【目的】克隆麻类脱胶高效菌株Dickeya sp.DCE-01的果胶裂解酶基因并进行原核表达,对表达产物进行纯化和酶学性质研究。【方法】根据该菌株全基因组序列预测的果胶裂解酶基因Q59419设计引物,PCR扩增后将该基因连接到pEASY-E1和pACYCDuet-1载体上,导入E.coli BL21(DE3)进行表达。选择酶活力高的阳性克隆子进行大量诱导表达后,采用超滤和Sephadex G-100凝胶层析两步法纯化出果胶裂解酶,研究其酶学性质。【结果】克隆到果胶裂解酶基因pel(GenBank登录号:JX964997),其序列全长1 128 bp,编码375个氨基酸。pACYCDuet-1-pel-BL表达胞外果胶裂解酶活力最高,发酵液粗酶活达298.8 IU/mL。其最适反应温度为50°C,最适pH为9.0;保温1 h,酶活稳定温度≤45°C,稳定pH为9.0?10.0。酶催化作用依赖于Ca2+,其最适作用浓度为2 mmol/L;Zn2+、Ca2+和NH4+促进酶活力,Fe3+和Pb2+严重抑制酶活力;聚半乳糖醛酸钠为该酶的最适底物。【结论】从麻类脱胶高效菌株中发掘到碱性果胶裂解酶基因,其表达产物在生物质加工过程中具有重要工业化应用前景。     

A bifunctional beta-xylosidase-xylose isomerase from Streptomyces sp. EC 10

beta-Xylosidase (1,4-beta-D-xylan xylohydrolase EC 3.2.1.37) and xylose isomerase (D-xylose ketol-isomerase EC 5.3.1.5) produced by Streptomyces sp. strain EC 10, were cell-bound enzymes induced by xylan, straw, and xylose. Enzyme production was subjected to a form of carbon catabolite repression by glycerol. beta-Xylosidase and xylose isomerase copurified strictly, and the preparation was found homogeneous by gel electrophoresis after successive chromatography on DEAE-Sephacel and gel filtration on Biogel A. Streptomyces sp. produced apparently a bifunctional beta-xylosidase-xylose isomerase enzyme. The molecular weight of the enzyme was measured to be 163,000 by gel filtration and 42,000 by SDS-PAGE, indicating that the enzyme behaved as a tetramer of identical subunits. The Streptomyces sp. beta-xylosidase was a typical glycosidase acting as an exoenzyme on xylooligosaccharides, and working optimally at pH 7.5 and 45 degrees C. The xylose isomerase optimal temperature was 70 degrees C and maximal activity was observed in a broad range pH (5-8). Enhanced saccharification of arabinoxylan caused by the addition of the enzyme to endoxylanase suggested a cooperative enzyme action. The first 35 amino acids of the N-terminal sequence of the enzyme showed strong analogies with N-terminal sequences of xylose isomerase produced by other microorganisms but not with other published N-terminal sequences of beta-xylosidases.     

罗尼氏弧菌Vibrio shilonii BY新琼胶酶基因的克隆、序列分析及表达

【目的】从海洋来源的罗尼氏弧菌菌株BY中克隆得到一个具有琼胶酶活性的新基因,并对其进行重组表达。【方法】对实验室保藏的产琼胶酶菌株BY进行16S rRNA基因序列分析,并构建系统发育树。根据已报道的琼胶酶基因序列的同源性,设计简并引物,利用降落PCR (Touch-down PCR)及染色体步移技术扩增琼胶酶基因序列全长,对基因序列进行生物信息学分析。将目的基因插入pET22a(+)载体,转化大肠杆菌BL21(DE3),对重组酶进行表达,利用DNS法测定了重组酶的酶活,对该重组琼胶酶酶学性质进行研究。【结果】克隆得到一条新的琼胶酶基因,命名为Vibrio sp. BY (GenBank登录号：AIW39921.1),Vibrio sp. BY基因序列全长2 232 bp,编码744个氨基酸,理论分子量为85 kD,Vibrio sp. BY的氨基酸序列基因库中与已知的琼胶酶氨基酸序列Vibrio sp. EJY3的相似度为86%。发酵液琼胶酶酶活力为71.73 U/mL,证明表达的蛋白为琼胶酶。酶学性质研究表明重组琼胶酶的最适温度及pH分别为50 °C和7.0,并且具有较好的稳定性。【结论】利用染色体步移技术克隆得到一条新的琼胶酶基因,并在大肠杆菌BL21(DE3)中实现了重组表达,为琼胶酶的应用奠定了基础。     

D-mannose transport and metabolism in isolated enterocytes

D-mannose transport and metabolism has been studied in enterocytes isolated from chicken small intestine. In the presence of Na(+), the mannose taken up by the cells either remains free, is phosphorylated, is catabolized to H(2)O, or becomes part of membrane components. The mannose remaining free in the cytosol is released when the cells are transferred to an ice bath. The Na(+)-dependent D-mannose transport is electrogenic and inhibited by ouabain and dinitrophenol; its substrate specificity differs from SGLT-1 transporter. The Glut2 transporter inhibitors phloretin and cytochalasin B added following 30-min mannose uptake reduced the previously accumulated D-mannose, whereas these two agents increased the cell to external medium 3-O-methyl-glucose (3-OMG) concentration ratio. D-mannose efflux rate from preloaded D-[2-(3)H]-mannose enterocytes is Na(+)-independent. Phloretin did not affect D-mannose efflux rate, whereas it inhibited that of 3-OMG. Neither mannose uptake nor efflux rate were affected by fructose. It is concluded that part of the mannose taken up by the enterocytes is rapidly metabolized and that enterocytes have two D- mannose transport systems: one is concentrative and Na(+)-dependent and the other is Na(+)-independent and passive.     

鱼腥藻苯丙氨酸脱氨酶的基因克隆、表达及最适反应pH改造

【目的】表达鱼腥藻苯丙氨酸脱氨酶(AvPAL),并经分子改造降低其最适反应pH。【方法】PCR克隆AvPAL编码基因,并在大肠杆菌中表达,用Ni2+亲和层析柱和凝胶柱纯化重组蛋白。利用GETAREA软件筛选与催化残基距离较近的暴露于酶分子表面的氨基酸位点,将其突变为带电性质不同的氨基酸,并对突变体进行酶学性质研究。【结果】在大肠杆菌中成功表达了AvPAL,纯化后得到电泳纯的重组酶。突变体E75Q和E75R的最适反应pH从8.5分别偏移到7.5和7.0。E75Q在pH 7.5时的比酶活较原酶提高了25%,在pH 6.5–9.5之间酶的稳定性良好,其最适反应温度为50 °C,在此温度下保温1 h酶活无显著变化。在最适反应条件下,E75Q的kcat/Km值较原酶提高了26.6%。【结论】改变AvPAL酶分子中起路易斯碱作用的关键氨基酸残基(质子受体)附近与之有相互作用的氨基酸的带电性质,降低了AvPAL的最适反应pH,提升了其在医疗领域的应用前景。     

海栖热袍菌葡萄糖异构酶基因xylA的克隆、表达及酶学性质

海栖热袍菌(Thermotoga maritima)是嗜极端高温的厌氧细菌,其产生的葡萄糖异构酶由于其出色的耐热性有着潜在的工业应用价值.由于海栖热袍菌苛刻的培养条件导致其葡萄糖异构酶产量较低.通过PCR方法克隆编码T. maritima MSB8葡萄糖异构酶基因xylA,构建重组质粒pHsh-xylA,转入Escherichia coli JM109,通过热激诱导表达.通过热处理和离子交换层析纯化两步得到电泳纯的酶制品,纯化倍数和回收率分别为8.02和49.02.对酶学性质研究表明,该重组酶为金属离子激活性酶,Mg2 ,Co2 对相对酶活有很强的激活作用,其最适pH为7.0,最适反应温度为95℃,且在pH 6～8之间有着较好的稳定性,在95℃下半衰期长达5 h以上.以葡萄糖为底物时的表观Km和Vmax分别为105 mmol/L和45.2 mol/min·mg.