巨大芽孢杆菌青霉素G酰化酶的定点突变及其动力学性质研究

为了提高青霉素G酰化酶（PGA）在酸性及有机溶剂中的稳定性,以大肠杆菌的晶体结构为模板,用软件PMODELING同源模建巨大芽孢杆菌青霉素G酰化酶的三维结构结构并且选择PGA分子表面的合适碱性氨基酸突变为丙氨酸,通过三种不同的快速PCR介导定位突变的方法,将位于PGA的α亚基21位、128位和β亚基492位、512位的赖氨酸残基分别突变为丙氨酸,获得四个突变酶Kα021A、Kα128A、Kβ492A和Kβ512A。其中Kα128A和Kβ512A保持与野生型相近的酶活力,其动力学性质如最适温度、最适pH,Km及Kcat没有明显变化;突变酶Kα021A和Kβ492A则丧失 了酶活力。上述结果表明,PGA分子表面非活性中心的赖氨酸→丙氨酸点突变使突变子的性状发生了分化,突变效应呈现出丰富的多样性。该有理设计不但可以提高酶的稳定性,而且为揭示PGA结构和功能的关系提供了一个新的研究模型。     

微小毛霉凝乳酶基因定点突变及其酶学性质

微小毛霉凝乳酶具有很高的凝乳酶活力,是牛凝乳酶的潜在替代品,但由于微小毛霉凝乳酶蛋白水解活力过高,不利于干酪生产应用,所以本研究探索利用定点突变技术对微小毛霉凝乳酶基因进行分子改造,降低其蛋白水解活力及热稳性,提高凝乳活力。结果表明,凝乳酶肽链第186位由甘氨酸(Gly)突变为天冬氨酸(Asp)(即G186D)后,突变子凝乳活力显著提高,热稳定性有所降低;13位点由谷氨酸(Glu)分别突变为天冬氨酸(Asp)和谷氨酰胺(Gln)(即E13D,E13Q)后,突变子蛋白水解活力明显降低,同时凝乳活力稍有降低;第101位点由甘氨酸(Ala)突变为苏氨酸(Thr)(即A101T),突变子凝乳活力稍有提高,水解活力及热稳定性没有明显变化。此外,双重突变子,即101位点和186位点同时突变的突变子(即A101T/G186D)表现型与186单位点突变相一致,凝乳活力显著提高,热稳定性显著降低;186位点和13位点同时突变的突变子G186D/E13D和G186D/E13Q与13位点单点突变相比,凝乳活力有所提高,水解活力显著降低。     

高产青霉素酰化酶巨大芽胞杆菌的诱变选育及产酶条件优化

【目的】选育高产青霉素G酰化酶(PGA)工业菌株。【方法】采用LiCl-紫外线复合诱变以及常压室温等离子体(ARTP)诱变技术对巨大芽胞杆菌(Bacillus megaterium) ATCC 14945进行处理。处理菌体涂平板后,将长出的菌落接种到液体培养基中,向培养6 h后的二代菌液中添加终浓度为0.1%的苯乙酸,28 °C、250 r/min条件下诱导培养40 h。对离心后获得的上清(粗酶液)采用NIPAB法测定PGA酶活力。以PGA酶活力最高的菌株为材料,对苯乙酸最佳添加量和最佳诱导时间进行优化,采用NIPAB法测定PGA酶活力。采用SDS-PAGE检测诱变前后巨大芽胞杆菌粗酶液中PGA的蛋白特性。【结果】从诱变菌落中筛选到PGA酶活力为39.60 U/mL的菌株12-4,酶活力比出发菌株提高了8.5倍。该菌株在液体培养6 h后添加终浓度为0.2%的苯乙酸,继续培养50 h后,PGA酶活力可达78.45 U/mL,比出发菌株提高了16.8倍。诱变前后菌株培养液中的PGA蛋白均具α、β亚基;诱变后菌株PGA α亚基的量没有明显变化,β亚基的量明显增多;α、β亚基之间的蛋白条带明显增多。【结论】采用诱变技术可提高巨大芽胞杆菌PGA活性,获得的诱变菌株12-4及培养条件对PGA工业化生产具有重要价值。     

黑曲霉纤维素酶突变子T-DNA插入位点的遗传分析及性质鉴定

采用羧甲基纤维素钠筛选培养基,对黑曲霉(Aspergillus niger)T-DNA突变子文库进行筛选,分离到一株纤维素酶分泌水平较低的菌株AN-108,为野生型菌株的83.3%。进一步测定该突变子固体发酵的纤维素酶活力,与野生型菌株相比没有明显差别,推测与固体发酵培养基中含有的天然糖类有关。在添加不同糖类的CMC-Na平板上培养该突变子,菌落周围均出现较明显的水解圈,结果显示糖类可能作为诱导物克服突变带来的影响。为了确定突变子AN-108中何种基因被阻断,采用反向PCR方法分析了T-DNA插入位点的序列,获得序列经过比对分析发现,该序列与黑曲霉An14g03730同源程度达90%,编码富含脯氨酸蛋白(proline-rich protein,PRP)。     

青霉素G酰化酶α亚基Ser177的突变对酶活性的影响

用盒式突变和定点突变对大肠杆菌青霉素G酰化酶α亚基177位ser进行了突变研究,结果发现所挑选的突变体均无酶的活力,这一结果可能可以用来解释Ser 177附近肽段和一些青霉素结合蛋白青霉素结合区在一级结构上保持同源性的原因。     

耐高温耐酸稳定假密环菌(Armillariella tabescens) MAN47β-甘露聚糖酶体外分子定向进化

从已经建立的易错PCR初级突变文库中筛选得到的16个兼具耐酸、高温稳定、高酶活力的克隆出发,将其作为DNA shuffling的亲本基因,利用DNA shuffling技术,结合易化筛选和96微孔板通量筛选的方法获得耐酸、高温稳定的克隆。并且,对筛选出来的耐酸高温稳定的突变子进行测序分析和同源建模,比较分析β-甘露聚糖酶突变基因序列的生物学信息。经过两轮DNAshuffling,最终筛选得到一个耐酸高温稳定突变体1108,其在90℃时酶活力还能维持在70%;在pH 3.0时酶活力维持在70%;在高温80℃和pH 4.0的条件下,酶活力是野生型的10倍;常规条件下(pH 6.0,40℃),酶活力是野生型酶的5倍。序列比对发现耐酸、高温稳定突变体1108有三个碱基发生了改变(T289A、A535T、T1085C),导致相应的氨基酸发生了改变(Ser97Thr、Val362Ala、Ile179Leu)。根据同源建模结果和氨基酸性质研究发现,突变位点位于催化中心附近,推测第97位的突变与酶的耐酸性和活性有关,第179位和第362位的突变与酶的高温稳定性有关。实验结果为进一步了解β-甘露聚糖酶MAN47的结构与功能之间的关系提供有用参考。     

定点突变技术提高β-葡萄糖苷酶活性

β-葡萄糖苷酶(Bgl)是纤维素水解过程中的限速关键酶。提高Bgl的酶活,对于增强纤维素酶水解力有着十分重要的作用。本研究根据3D同源模建及分子对接,预测分析活性中心,利用定点突变做出针对性的改造。对来源于米曲霉的β-葡萄糖苷酶基因进行六个位点的定点突变,并将其在大肠杆菌中进行了突变基因的高效表达。经IPTG诱导后,分离纯化并进行酶学性质分析,获得酶活力提高的两个突变位点(Asn~(347)Ser,Gly~(235)Met),结果表明N~(347)S和G~(235)M位点的突变使酶的比活力显著提高,比原始酶活分别提高了43.1%和14.7%。这一研究为进一步提高β-葡萄糖苷酶活性研究提供一定的理论依据。     

拟南芥谷胱甘肽S-转移酶Zeta类进化酶的获得及其特性分析

拟南芥谷胱甘肽S-转移酶Zeta类(AtGSTZ)是一种与细胞代谢和环境净化密切相关的多功能酶.应用易错PCR和多轮DNA洗牌技术构建了AtGSTZ随机突变文库;再利用pH指示剂颜色改变法对突变文库进行筛选,获得了9个二氯乙酸脱氯活性提高的突变子.其中,NN23含25个氨基酸突变,比活力提高120%,NN20含24个氨基酸突变,比活力提高102%,EC1含2个氨基酸突变,比活力提高47%,其他6个为单点突变,比活力分别提高9%～60%.酶学分析显示,所有进化酶对底物二氯乙酸的催化效率和对谷胱甘肽的亲和力以及个别进化酶的复性能力都得到不同程度的提高,但热稳定性均没有明显改善.同时,对一系列与AtGSTZ空间折叠及催化活性相关位点进行了讨论.     

绿色木霉葡聚糖内切酶EGIII基因在大肠肝菌中的表达、定点突变及其动力学特性的研究

将绿色木霉葡聚糖内切酶EGIII基因亚克隆到表达载体pET-22b(+),构建重组质粒pET-egl3,转化到大肠杆菌BL21(DE3).利用金属亲和层析对重组EGIII进行纯化,纯化后酶比活力达到6 U/mg蛋白,最适反应温度为60 ℃,最适pH为4.0.同时对EGIII催化区的氨基酸残基R130和E218进行定点饱和突变,各筛选到一株酶活有提高的突变子R130P和E218F,其比活力为野生型EGIII的2.8倍和3.45倍.突变酶E218F的Km提高了一倍,催化效率Kcat提高了5.4倍;而R130P的Km和Kcat没有明显变化.两个突变酶的最适酶解温度和pH分别都提高至65 ℃和4.4.     

粪产碱杆菌青霉素G酰化酶在枯草芽孢杆菌中的表达、纯化及其性质

利用PCR技术克隆了粪产碱杆菌 (Alcaligenesfaecalis,CICCAS1.76 7)青霉素G酰化酶 (pencillinGacylase ,PGA)基因 (GenBank登录号AF4 5 5 35 6 )。通过构建工程菌E .coli(pETAPGA) ,该酶在大肠杆菌中获得了表达 ,表达产物分泌到周质空间。进一步构建的工程菌B .subtilis (pMAPGA)和B .subtilis(pBAPGA)实现了该酶的胞外分泌表达。分泌表达的最高表达量为 6 5 3u/L ,比野生型A .faecalis表达量高 10 9倍。表达产物经硫酸铵分级沉淀和DEAE SepharoseCL 6B两步纯化 ,纯度提高 86倍 ,活力回收率达到 81% ,纯化后的PGA活力为 1.4 6 9u/mg。研究表明 ,PGA家族成员中只有粪产碱杆菌PGA和巨大芽孢杆菌PGA可以在枯草芽孢杆菌中分泌表达。与巨大芽孢杆菌PGA相比 ,粪产碱杆菌PGA的最适pH值为 8.0 ,最适温度为 6 0°C ,而且在有机溶剂中具有更强的稳定性。该酶在水相中具有较低的头孢氨苄合成活力。本研究为粪产碱杆菌PGA的获得提供了新的途径。     

用半合成方法证明B_(22)-精氨酸不是胰岛素表现活性所必需的

胰岛素六甲酯经胰蛋白酶和羧肽酶B水解,得去B链羧端九肽(B_(22-30))胰岛素五甲酯OMe—(DNIOH)。OMe—DNIOH的两个α-氨基用叔丁氧羰酰(BOC)保护后与X-D-Ala-PheOMe(X=Arg,D-Arg,Gly,BOG—Lys或OTB—Asp)缩合,去除所有的保护基后得B_(22)改变的去B链羧端六肽胰岛素(D-Ala~(B_(22))-DHI)。这些类似物的生物活性表明:Arg~(B_(22)能为Lys或Asp代替,这结果说明Arg~(B_(22))不是胰岛素活力所必需。但Arg~(B_(22))若为D-Arg或Giy代替,活力很低。     

Lysine 21突变对树干毕赤氏酵母木糖还原酶辅酶依赖性的影响

木糖还原酶是重组酿酒酵母工程菌利用木糖生成乙醇代谢途径中的关键酶, 该关键酶在利用木糖时依赖NADPH而不是NADH是导致酿酒酵母代谢木糖生成乙醇的最终产率低的主要原因之一。为了改变树干毕赤氏酵母木糖还原酶的辅酶依赖性, 对它的第21位赖基酸Lys进行了突变。利用质粒载体pET28b分别将突变后的基因K21A-XYL1、K21R-XYL1及野生基因WT-XYL1在大肠杆菌E. coli BL21(DE3)中进行表达, 表达后的蛋白经His-Tag纯化柱纯化后测定酶学性质。结果表明: K21R突变子的辅酶依赖性没有改变, 但K21A突变子的辅酶依赖性由NADPH完全逆转为NADH。     

台湾家白蚁内切葡聚糖酶活性中心氨基酸的饱和突变

对内切葡聚糖酶的功能改进一直是纤维素酶研究领域的焦点。本研究对台湾家白蚁内切葡聚糖酶(CfEG)的活性位点做了饱和突变。首先,以PDB数据库中高山象白蚁内切葡聚糖酶(NtEG)的三维结构(PDB id=1ks8)为模板,对CfEG进行三维结构同源建模,二者序列一致性高达79%。位于CfEG活性中心的D53、D56、E411,分别与NtEG的催化残基D54、D57、E412重合。用简并引物对CfEG的假定活性位点D53、D56、E411进行定点饱和突变。在位点D53、D56各筛选到羧甲基纤维素酶活有一定提高的突变子D53E、D56C,其中D56C的Km值减小为原始酶的三分之一。双突变子D53L/D56I的比活比原始酶提高了近2倍,同时Km值减小至原始酶的一半。而E411的饱和突变子库均没有活性,进一步将其替换为近似氨基酸的E411D、E411Q定点突变子也丧失了酶活。由突变结果可推断,位点E411为该酶行使功能的必需残基。     

Lysine 21突变对树干毕赤氏酵母木糖还原酶辅酶依赖性的影响

木糖还原酶是重组酿酒酵母工程菌利用木糖生成乙醇代谢途径中的关键酶, 该关键酶在利用木糖时依赖NADPH而不是NADH是导致酿酒酵母代谢木糖生成乙醇的最终产率低的主要原因之一。为了改变树干毕赤氏酵母木糖还原酶的辅酶依赖性, 对它的第21位赖基酸Lys进行了突变。利用质粒载体pET28b分别将突变后的基因K21A-XYL1、K21R-XYL1及野生基因WT-XYL1在大肠杆菌E. coli BL21(DE3)中进行表达, 表达后的蛋白经His-Tag纯化柱纯化后测定酶学性质。结果表明: K21R突变子的辅酶依赖性没有改变, 但K21A突变子的辅酶依赖性由NADPH完全逆转为NADH。     

绿色木霉葡聚糖内切酶EGⅢ基因在大肠杆菌中的表达、定点突变及其动力学特性的研究

将绿色木霉葡聚糖内切酶EGⅢ基因亚克隆到表达载体pET-22b（＋）,构建重组质粒pET-egl3,转化到大肠杆菌BL21（DE3）。利用金属亲和层析对重组EGⅢ进行纯化,纯化后酶比活力达到6u／mg蛋白,最适反应温度为60℃,最适pH为4．0。同时对EGⅢ催化区的氨基酸残基R130和E218进行定点饱和突变,各筛选到一株酶活有提高的突变子R130P和E218F,其比活力为野生型EGⅢ的2．8倍和3．45倍。突变酶E218F的Km提高了一倍,催化效率Kcat提高了5．4倍;而R130P的Km和Kcat没有明显变化。两个突变酶的最适酶解温度和pH分别都提高至65℃和4．4。     

铜绿假单胞菌popN-突变子Ⅲ型分泌水平及与蛋白酶关系的研究

铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)Ⅲ型分泌系统(typeⅢsecretion system,TTSS)是重要的细菌致病因子之一,能够将酶蛋白直接注入到宿主细胞内,导致细胞损害的发生。重点研究了TTSS中的popN基因的功能,通过构建popN-突变子,发现该突变子在非诱导条件下,能够分泌酶蛋白,显示popN基因编码的蛋白对TTSS蛋白的分泌具有负调控作用。进一步研究发现,popN-突变子在不同培养基中TTSS的分泌水平存在着显著差异,影响对popN基因的功能的判断。为了解决这一矛盾,从几个方面分析了造成表型差异的可能因素,确定蛋白酶对TTSS分泌蛋白的降解作用,是表型差异存在的主要原因,从而首次系统地阐明popN-突变子在不同培养基中都具有TTSS组成型表达的表型,对于深入研究TTSS的调控机制具有重要意义。     

利用PCR对PVX外壳蛋白基因进行同义密码子修饰

利用聚合酶链式反应 (PolymeraseChainReaction ,PCR)与限制性内切酶相结合的方法 ,设计 4条含有限制性酶切位点和相应突变的引物。以马铃薯X病毒 (PotatoVirusX ,PVX)外壳蛋白cp基因为模板 ,扩增出相应的片段 ,相应酶切后通过三片段连接构建到克隆载体pBlueKS( / - )上。随机挑选重组子测序表明 ,利用三片段拼接成功地在PVX外壳蛋白基因的不同部位产生了突变。实验结果说明利用三片段接可以大大提高筛选得到突变子的效率 ,从而节省人力、物力和时间。     

高产γ-氨基丁酸低产桔霉素红曲霉(Monascus ruber)突变子1047筛选与发酵特性研究

以红曲米中筛选到的红色红曲霉菌株G为原始菌株,通过农杆菌介导T-DNA插入突变技术,成功构建了含有1 483株红曲霉突变子的T-DNA插入突变库。用HPLC等方法从突变库中筛选出10株γ-氨基丁酸(GABA)产量稳定高于原始菌株G的突变子,薄层层析结合HPLC技术分析了10株突变子发酵液中桔霉素的含量;其中突变子1047的GABA产量较高,为1.169g/L,是原始菌株G(GABA产量0.472g/L)的247.67%,桔霉素含量稳定低于原始菌株G。以红曲霉菌株G和突变子1047为实验材料,通过5 L发酵罐发酵并定时取样,HPLC等方法精确分析发酵液各种活性物质的含量;结果显示,突变子1047生长速度稍快于原始菌株G;GABA、莫纳可林K(Monacolin K)、红曲色素色价分别为2.201 g/L、83.892 mg/L、21.984 U/mL,是原始菌株G的279.67%、108.01%和182.35%;而桔霉素产量为1.976 mg/L,是原始菌株G的41.71%。因此,利用TDNA插入的方法对红曲霉进行育种,能产生稳定的遗传变化,在红曲霉资源的保护和利用上有一定潜力。     

两例抗凝血蛋白缺乏患者的基因诊断

目的:探讨导致蛋白C、蛋白S、抗凝血酶缺乏症的分子发病机制。方法:检测蛋白C活性(PC:C)、蛋白S活性(PS:C)以及抗凝血酶活性(AT:C);PCR法分别扩增患者PC、PS、AT基因序列,寻找突变点。结果:蛋白C合并蛋白S合并抗凝血酶AT缺乏患者PC基因启动子区域存在C4867T杂合突变(NG_016323.1),为蛋白C基因的多态性位点;在蛋白S基因第四号外显子区域有G68395T杂合突变(NG_009813.1),导致Arg90Leu(NP_000304.2),为国际首次报道。遗传性PS缺陷在家系:四名家系成员均检测到PS基因第四号外显子区域一个杂合(错义)突变,G68395T(NG_009813.1)。结论:PC基因启动子的多态性位点C4867T杂合突变(NG_016323.1),PS基因第四号外显子区域的G68395T杂合突变(NG_009813.1),可能是导致患者PC、PS联合缺乏的原因。PS基因第四号外显子区域G68395T(NG_009813.1)杂合突变,可能是导致PS缺陷症家系成员PS缺乏的原因。     

定点突变提高N-酰基高丝氨酸内酯酶酶活和温度稳定性

【目的】提高N-酰基高丝氨酸内酯酶(N-acylhomoserine lactonase,AiiA)酶活及温度稳定性。【方法】本研究基于AiiA同源蛋白的三维结构对AiiA进行定点突变,分析野生型AiiA及其突变蛋白酶活和温度稳定性。【结果】野生型AiiA较不稳定,在45℃下温浴30 min,或4℃储存5 d后均失去降解N-酰基高丝氨酸内酯(N-acylhomoserine lactone,AHL)的活性。但是突变AiiA蛋白(N65K,T195R和A206E)的酶活力较野生型AiiA均提高了20%以上,且4℃储存时间延长到7 d。此外,突变株N65K比野生型AiiA对高温具有更强的耐受性,在45℃温浴后剩余酶活力达到45%以上,55℃温浴30 min后仍保留5.0%的酶活力。【结论】通过定点突变改造AiiA蛋白结构,提升了AiiA蛋白的酶活和温度稳定性。