α-淀粉酶AmyP中淀粉结合结构域的鉴定

【目的】检测具有生淀粉降解活性的新型α-淀粉酶AmyP是否具有淀粉结合结构域(SBD)。【方法】通过结构域预测和序列分析, 推测AmyP的C端是一个SBD。将这段序列克隆、表达和重组蛋白纯化后, 采用亲和电泳和生淀粉吸附两种方法对重组表达的蛋白进行研究。【结果】AmyP的C端序列是一个新型的SBD, 根据序列特征可以将其划分在碳水化合物结合结构域(CBM) 20家族。该SBD与生大米淀粉的吸附能力最强, 生玉米淀粉次之, 不能与生小麦淀粉、生马铃薯淀粉和生绿豆淀粉吸附。【结论】α-淀粉酶AmyP在蛋白C端具有一个SBD, 有助于理解AmyP快速偏好性降解生淀粉的能力。     

低温、嗜盐α-淀粉酶Amy3的克隆、表达及重组酶性质

【目的】从分离自北极海底沉积物Pseudoalteromonas sp.K8菌株克隆、重组表达α-淀粉酶Amy3,并研究其酶学性质。【方法】基于Pseudoalteromonas haloplanktis TAC125基因组分析,从亲缘关系较近的Pseudoalteromonas sp.K8克隆获得α-淀粉酶基因amy3,以大肠杆菌为宿主进行重组表达,经Ni-NTA亲和层析柱纯化获得重组蛋白Amy3。以可溶性淀粉等为底物,研究Amy3的酶学性质。【结果】Amy3最适催化pH为8.5,在pH 6.5–10.0范围内酶活力维持在40%以上;其在pH 7.5–8.5范围的稳定性较好,pH 8.0条件下的半衰期可达4 h。Amy3在低温下较稳定,25℃半衰期为5 h;最适反应温度为25℃,并且在0℃可以保持50%以上酶活力,显示良好的低温催化特性。NaCl能够有效提升Amy3的酶活力及稳定性;荧光光谱分析表明,NaCl并未引起Amy3酶蛋白三级结构的改变。动力学分析显示,NaCl影响了酶催化的K_m及k_(cat),进而提升了酶的催化效率。底物特异性分析表明,Amy3对支链淀粉的水解能力优于直链淀粉,并能够有效地水解小麦淀粉、玉米淀粉和木薯淀粉。【结论】来源于Pseudoalteromonassp.K8菌株的α-淀粉酶Amy3具有良好的低温催化及嗜盐性,在洗涤、食品、污水处理等行业中有潜在的应用前景。     

人胰腺α-淀粉酶抑制剂高通量筛选模型的建立及其应用

【目的】针对人胰腺α-淀粉酶这个糖代谢途径中重要的靶蛋白,建立α-淀粉酶抑制剂高通量筛选模型。【方法】采用毕赤酵母表达系统克隆和表达人胰腺α-淀粉酶;利用酶的催化特性建立α-淀粉酶抑制剂筛选模型;应用该模型对放线菌发酵液冻干物进行高通量筛选;通过构建16S rRNA系统发育树分析阳性菌株的分类地位。【结果】成功克隆、表达了具催化活性的人胰腺α-淀粉酶;建立了α-淀粉酶抑制剂的筛选模型;对近2000株放线菌的发酵液冻干物进行高通量筛选,最终得到14株α-淀粉酶抑制剂产生菌株,且在分类学上具有丰富的菌种多样性。【结论】本研究建立的α-淀粉酶抑制剂高通量筛选模型具有很强的实用价值,可用于新型淀粉酶抑制剂类降糖药物的开发。     

一株产生淀粉酶杆菌Bacillus sp. GEL-09的筛选、鉴定及发酵条件优化

【背景】生淀粉酶可以水解生淀粉颗粒,在酒精发酵、白酒、黄酒和食醋的生料酿造工业中具有广阔的应用前景。【目的】从自然环境中筛选产生淀粉酶的菌,对其发酵条件及酶性能进行考察,为淀粉生料发酵过程提供优良菌种和酶资源。【方法】取木薯田土壤,经过稀释、热处理、富集培养以及木薯淀粉平板筛选培养基初筛,摇瓶复筛得到产高效降解生淀粉酶的菌株;经过菌落形态、细胞染色观察以及16S rRNA基因序列比对进行鉴定;对筛选菌株的发酵培养基和发酵条件进行优化,并对酶蛋白进行分离纯化和酶学性质分析。【结果】分离到一株具有较高生淀粉酶水解活力的菌株GEL-09,经鉴定为芽胞杆菌Bacillus sp.GEL-09;该菌在最优发酵条件下培养96 h,胞外酶活力达到430.6 U/m L,是优化前的2.8倍;酶学性质分析发现该酶为中温、中性酶,最适温度和p H为50°C和7.0;生淀粉降解能力对比发现,该酶的生淀粉降解能力值为62.3%,显著高于细菌α-淀粉酶、生麦芽糖淀粉酶和甘薯β-淀粉酶对生淀粉的降解能力。【结论】Bacillus sp.GEL-09在生淀粉酶生产方面具有良好的开发应用前景。     

大曲来源淀粉利用型乳酸菌的筛选及其淀粉利用特性

【背景】乳酸菌是面包、馒头等发酵食品中的重要功能微生物,对改善质地和风味均具有重要作用。淀粉利用能力高的乳酸菌,因其能够在生面粉中更好地定殖而具有重要的应用价值。【目的】筛选获得淀粉水解型乳酸菌并研究其淀粉利用特性。【方法】以浓香型白酒大曲为筛选源,采用淀粉基质碳源对大曲中乳酸菌进行定向富集,结合淀粉发酵能力筛选高淀粉利用能力菌株,并对筛选得到的优良菌株展开淀粉酶表达及其酶活力研究。【结果】以贮存3-6个月的大曲为优秀筛选源,以生面糊传代富集方法可较快筛选出具有良好淀粉利用能力的乳杆菌,主要物种为植物乳杆菌和类食品乳杆菌。对其中一株具有淀粉利用能力的类食品乳杆菌LBM12001的淀粉水解特征和淀粉酶活力展开研究,该菌株淀粉水解能力达10 g/L,并且其在面糊中具有良好的定殖能力;酶活力测定表明,其α-淀粉酶和麦芽糖淀粉酶为胞外酶;麦芽糖淀粉酶水解淀粉的最适pH值为3.5,比酶活为1 240 U/mg。【结论】建立起从我国传统白酒发酵大曲中高效筛选淀粉水解型乳酸菌的富集筛选方法,以及菌株的水解能力评价方法,获得的胞外麦芽糖淀粉酶分泌型乳杆菌在酸面团、馒头等需进行生面粉发酵食品的生产中具有重要应用前景。     

两端融合表达几丁质结合结构域提高几丁质酶抗真菌活性

【目的】通过两端融合表达几丁质结合结构域来提高几丁质酶的活性和生物防治植物病原真菌能力。【方法】以苜蓿链霉菌(Streptomyces alfalae)ACCC40021中唯一的GH19家族几丁质酶为模板,构建两端融合表达几丁质结合结构域的几丁质酶,并进行原核表达;利用3,5-二硝基水杨酸法(DNS)测定几丁质酶活。【结果】成功构建了CatD_(ChiB) (催化结构域)、rChiB (含N-端几丁质结合结构域)、DChBD_(ChiB)(含两端几丁质结合结构域)三种形式的酶,并在大肠杆菌中得到了高效表达;与CatD_(ChiB)和rChiB相比,DChBD_(ChiB)显著地提高了对α-几丁质、胶体几丁质和黑曲霉几丁质的结合能力和活性;同时增强了其对病原真菌长枝木霉的抑制作用。【结论】两端融合表达几丁质结合结构域是简单有效的提高几丁质酶活性及抗真菌活性的策略。     

大豆叶片淀粉的降解及淀粉降解酶

在90μmol m~(-2)s~(-1)光强以下可见大豆叶片淀粉的降解,降解速率为0.8～3.8mg淀粉dm~(-2)h~(-1)。淀粉降解通过水解及磷酸解两条途径,α,β—淀粉酶的最适pH5～6,磷酸化酶pH7～8。α—淀粉酶活力随叶片的成长显著增强,β—淀粉酶则有所减弱。叶片淀粉积累或消耗时此三酶活力无显著变化。 黄化小麦叶片照光转绿过程中此三酶活力变化不大。黄化玉米叶片照光转绿过程中磷酸化酶活力降低,β—淀粉酶活力增强。     

嗜热子囊菌Thermoascus crustaceus JCM12803来源的低温α-淀粉酶功能验证及其适冷机制分析

【目的】挖掘新颖的低温α-淀粉酶基因资源,并对其适冷机制进行分析,可以加深我们对低温酶的认识并为酶分子改良提供科学依据。【方法】根据嗜热子囊菌(Thermoascus crustaceus) JCM12803全基因组序列信息,利用PCR的方法获得一个α-淀粉酶基因Tcamy,将其插入至表达载体pPIC9后,在巴斯德毕赤酵母(Pichia pastoris) GS115中异源表达,测定其酶学性质。同时采用氨基酸序列分析和同源建模的方法获得其三维结构,分别从蛋白序列-结构-功能层面上研究其适冷机制。【结果】Tc Amy是一个典型的低温α-淀粉酶,最适温度35°C,在0°C下保持有27%的活性。序列和结构分析表明该酶N-糖基化修饰程度低,Arg和Pro含量低而Gly含量高且二硫键和离子键较少。【结论】本研究获得了一个低温α-淀粉酶,低N-糖基化以及特殊的氨基酸组成和蛋白分子内作用力是其适应低温的根本原因。     

植酸酶YiAPPA与生淀粉结合域SBD融合酶的构建及酶学性质分析北大核心CSCD

旨在获得酶学性质改良的植酸酶YiAPPA与生淀粉结合域SBD的融合酶。通过在植酸酶YiAPPA的C末端融合嗜热酸性α-淀粉酶GTamy的生淀粉结合域SBD,获得融合酶YiAPPA-SBD。酶学性质分析表明,YiAPPA-SBD的高温活性和热稳定性得到了提高,并获得了对生玉米淀粉的结合能力。其中YiAPPA-SBD于55-90℃范围内的相对酶活均高于YiAPPA的相对酶活;于80℃的半衰期提高约2倍;在生玉米淀粉浓度大于8%的条件下,YiAPPA-SBD对其结合率达到80%以上。并且YiAPPA-SBD保留有YiAPPA的其它优良酶学性质,最适反应pH为4.5,37℃的绝对酶活高达3 900 U/mg,具有优良的pH稳定性和蛋白酶抗性。     

粘虫颗粒体病毒增效蛋白基因片段优化及功能

【目的】研究转宿主粘虫颗粒体病毒(Pseudaletia unipuncta granulovirus,Pu GV-Ps)增效蛋白基因截短片段优化及其增效作用,探索增效蛋白基因的合理利用途径。【方法】生物信息学分析增效蛋白结构域,构建增效蛋白基因截短片段原核表达载体,分析目的基因片段表达产物的表达水平、围食膜蛋白降解效能和增强活性,进一步明确Pu GV-Ps增效蛋白基因的功能区域。【结果】Pu GV-Ps增效蛋白含有M60-like结构域、锌离子催化域和糖蛋白结合域,并包含13个潜在的糖基化位点。以此为依据设计P69(短截M60-like结构域)和P77(短截糖蛋白结合域)2个截短片段,构建了表达载体p ET15b-P69和p ET15bP77,原核表达量明显高于全长基因P104。表达产物纯化蛋白围食膜降解活性表明,P69对斜纹夜蛾围食膜大分子蛋白降解程度高于P77,但两者均低于P104。病毒增强苏云金杆菌(Bt)实验表明,截短片段的表达产物提高了Bt对小菜蛾的毒力,但增强活性显著低于P104。【结论】研究结果表明,Pu GV-Ps增效蛋白基因N端M60-like结构域和C端糖蛋白结合域对其增效作用的发挥都具有一定功能,这些结构对维持增效蛋白的构象也发挥了一定的作用,截短片段P69有利于保持Pu GV-Ps增效蛋白的活性、提高表达水平。该研究结果对增效蛋白的工业化生产具有一定的指导意义。     

海洋环境来源的淀粉酶AmyP对生玉米 淀粉的降解特性

来自海洋宏基因组文库的 α-淀粉酶（AmyP）属于最新建立的糖苷水解酶亚家族GH13₃7。AmyP 是一个生淀粉降解酶,能有效降解玉米生淀粉。在最适反应条件 pH 7.5和 40 °C 下,生玉米淀粉的比活达到 39.6 ± 1.4 U/mg。酶解反应动力学显示 AmyP 可以非常快速的降解生玉米淀粉。对 1%的生玉米淀粉仅需要 30 min;4%和 8%的生玉米淀粉只需 3 h。DTT 可以显著提高 AmyP 对生玉米淀粉的降解活性,1% DTT 促使活性增加 1倍。根据电镜观察和产物分析,认为 AmyP 是以内腐蚀的模式降解生玉米淀粉颗粒,释放出葡萄糖、麦芽糖和麦芽三糖作为终产物。     

淀粉结合域与α-淀粉酶的融合表达及其酶学性质

利用RT-PCR从Rhizopus oryzaeGX-08总RNA中克隆到糖化酶的淀粉结合域(SBD)基因(sbd),将该基因片段插入α-淀粉酶(CN7A)基因cn7a的5′端构建融合表达质粒pSE-sbdcn7a。嵌合酶SBD-CN7A在Escherichia coliJM109表达,并经Ni-NTA、Sephacryl S300纯化。酶学性质研究表明:嵌合酶在最适作用条件方面与原始酶并无明显差别;在以生玉米粉为底物时,其比酶活提高了8.7倍,而以可溶性淀粉为底物时其比酶活是原始酶的1.8倍,Km也从3.784 g/L降低为2.234 g/L;嵌合酶在65℃下的半衰期从10 min缩短为4 min。结果表明,淀粉结合域SBD的融合赋予了α-淀粉酶CN7A水解生淀粉的能力。     

基于谷氨酸棒杆菌NCgl1221蛋白的新型细菌表面展示系统

【目的】开发一种新型的大肠杆菌表面展示系统,为C末端截短NCgl1221蛋白作为锚定蛋白提供科学依据,丰富并优化细菌表面展示系统。【方法】扩增C末端截短NCgl1221序列和β-淀粉酶基因,构建融合蛋白表达载体。将重组载体PET-NA和空载体PET-28a分别转入Rosetta(DE3)pLysS中,IPTG诱导表达,SDS-PAGE和Western blot鉴定融合蛋白表达情况。将诱导表达菌株进行免疫荧光染色,荧光显微镜观察和流式细胞分析检测β-淀粉酶的展示。酶活测定和淀粉水解分析验证被展示β-淀粉酶的活性。【结果】融合蛋白成功地在大肠杆菌中表达,有活性的β-淀粉酶通过与锚定蛋白C末端的融合被展示在了宿主菌表面,展示β-淀粉酶的重组菌可以水解利用培养基中的淀粉。【结论】成功开发了一种以C末端截短NCgl1221为锚定蛋白的新型大肠杆菌表面展示系统,并以此系统展示了分子量大小为56 kDa的活性酶,为该系统在全细胞催化剂或吸附剂等方面的应用奠定了基础。     

在大肠杆菌中高效表达可用于检测人源Rap1活性RapBD蛋白方法的建立

【背景】Rap1是一种小GTP酶,其活性的检测方法少,目前主要依赖试剂盒,检测成本太高。而Rap1下游效应蛋白RalGDS具有Rap1结合结构域(Rap binding domain,RapBD),该结构域能与有活性的GTP-Rap1特异性结合。【目的】利用大肠杆菌外源表达GST-RapBD融合蛋白,建立经济的检测人源Rap1活性的方法。【方法】合成RapBD基因序列,插入pGEX-4T-1载体,使该质粒表达GST-RapBD融合蛋白,再利用GST亲和树脂结合大肠杆菌中表达的GST-RapBD融合蛋白,最后利用GST-RapBD融合蛋白Pulldown检测GTP-Rap1。【结果】建立了检测人源Rap1活性的方法。【结论】序列优化使得pGEX-4T-1载体在大肠杆菌中高效表达能特异性结合人源GTP-Rap1且带有GST标签的RapBD蛋白,提高了Pulldown实验检测GTP-Rap1的效率,降低了检测人源小G蛋白Rap1活性的成本。     

解淀粉芽孢杆菌3-2发酵羽毛产氨基酸

【目的】建立废弃羽毛液体发酵工艺,优化发酵条件,提高羽毛降解率及氨基酸产量,研发新型、高效复合氨基酸肥料。【方法】利用解淀粉芽孢杆菌3-2发酵羽毛,探究温度、发酵时间、羽毛含量、单一碳源、复合碳氮源、金属离子等对废弃羽毛降解效果以及发酵液中氨基酸种类和含量的影响。【结果】废弃羽毛降解率与氨基酸总产量呈负相关。随着发酵时间延长,羽毛降解率增加,当发酵温度为37°C、羽毛添加量为1%、以乳糖为外加碳源、添加Mg2+时,羽毛降解率最高,达到81.92%。随着羽毛添加量增加,氨基酸总含量也增加(在20%范围以内),当发酵温度为37°C、降解时间为108 h、羽毛添加量为10%、乳糖添加量为0.5%、不添加复合碳氮源、不添加金属离子时,氨基酸的种类最全(富含17种氨基酸),总含量最高,达到20.861 g/kg。【结论】利用解淀粉芽孢杆菌3-2发酵废弃羽毛生产氨基酸复合肥料是一种可靠、环保、经济的方法,获得的氨基酸肥料营养齐全。研究结果为新型复合氨基酸肥料的研发提供技术支撑。     

鉴定隶属于糖苷水解酶13家族(glycoside hydrolase family 13, GH13)的潮滩发光杆菌的β-半乳糖苷酶

【背景】糖苷水解酶13家族(glycoside hydrolase family 13, GH13)是已知最大的α-淀粉酶家族,不含有半乳糖苷酶。【目的】对海洋细菌潮滩发光杆菌(Photobacterium gaetbulicola)的一个蛋白BgalPg进行鉴定。【方法】通过保守位点分析和系统发育树确定BgalPg蛋白的家族分类;通过克隆、表达和纯化测定重组BgalPg蛋白的酶学性质并鉴定功能。【结果】BgalPg的蛋白序列新颖,与已知的碳水化物酶无同源性。序列分析结果表明该蛋白具有GH13家族的典型特性,并且隶属于GH13＿38亚家族。BgalPg对α-淀粉酶家族酶的相关底物均无催化活性,却能水解含有β-半乳糖苷键的底物p NP-β-Gal [(2.8±0.4) U/mg]和o NP-β-Gal [(1.4±0.3) U/mg],并且能水解乳糖[(0.40±0.01) U/mg],表现出典型的β-半乳糖苷酶活性。同时,该酶在pH 7.0–8.5稳定性好,60℃的半衰期为1.5 h。【结论】发现隶属于GH13家族的β-半乳糖苷酶。     

复合淀粉酶酶解生淀粉机理探讨

以生土豆淀粉为原料,考察了复合生淀粉酶水解机制。发现单个糖化酶的酶解遵循Michaelis-Menten机制,而α-淀粉酶的酶解不遵循Michaelis-Menten机制;水解过程中复合酶酶解产物d[G]／dt的变化说明α-淀粉酶能很好地协同糖化酶水解生淀粉,其效果不仅仅是两者的简单相加。     

马铃薯淀粉合成与降解研究进展

马铃薯是我国第四大粮食作物,其总产量占全国粮食产量的20%。马铃薯是C3作物,其淀粉含量相对较低,这与其淀粉合成和降解过程有关。与马铃薯淀粉合成的相关酶包括腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(ADP-glucose pyrophosphorylase,AGPase)、颗粒结合性淀粉合成酶(Granule-bound starch synthase,GBSS)、可溶性淀粉合成酶(Soluble starch synthase,SSS)、淀粉分支酶(Starch branching enzyme,SBE)和淀粉去分支酶(Starch debranching enzyme,DBE)。α-淀粉酶(α-amylase,Amy)、β-淀粉酶(β-amylase,BAM)、葡聚糖水双激酶(Glucan water dikinase,GWD)、磷酸葡聚糖水双激酶(Phosphoglucan water dikinase,PWD)和酸性转化酶(Acid invertase,AI)、中/碱性转化酶(Neutral/alkaline inverstase,NI)则与马铃薯淀粉降解有关。马铃薯淀粉合成与降解基因克隆对马铃薯品种遗传改良具有重要意义,目前部分克隆的马铃薯淀粉合成与降解基因已在增加马铃薯淀粉含量、淀粉改性和改变淀粉组分方面得到广泛应用。总结了马铃薯淀粉合成与降解酶基因的研究进展,并提出今后研究建议,旨为深入开展马铃薯淀粉改良工程研究提供参考。     

2种不同形态不依赖Ca2+ α-淀粉酶的纯化与表征

纯化表征了枯草芽胞杆菌Bacillus subtilis CN7产生的2种不同形态的不依赖Ca2+的α-淀粉酶,对其酶解产物进行了高效液相色谱(HPLC)分析。结果表明:通过加热除杂、超滤、(NH4)2SO4沉淀和分子筛层析,一次性获得了纯化倍数提高36倍的电泳纯成熟肽形式α-淀粉酶Amy7B和提高75倍的截短体形式α-淀粉酶Amy7S;Amy7B和Amy7S的最适pH为6.5,最适温度为65℃,酶活性均不依赖于乙二胺四乙酸(EDTA)和Ca2+;酶解产物主要由葡萄糖和麦芽糖组成。Amy7B的相对分子质量为6.7×104,半衰期温度为59.6℃,比活力为(905.99±96.52)U/mg。与之相比,Amy7S的相对分子质量小约2.0×104(为4.7×104),半衰期温度高2.7℃(为62.3℃),比活力高1.05倍(达到(1 853.87±75.61)U/mg)。     

可降解吡啶的全食副球菌B21-3的筛选鉴定及降解特性

【背景】吡啶作为一种难降解的有机污染物普遍存在于焦化、炼油、皮革和制药等行业的废水中,并对环境造成危害。【目的】治理废水中残留的有机污染物吡啶,筛选高效降解菌。【方法】采用富集培养和选择培养,以石家庄某污水处理厂的活性污泥为材料进行吡啶降解菌的筛选,通过形态特征、生理生化特性、(G+C)mol%测定及16S rRNA基因序列系统发育分析对筛选到的降解菌进行鉴定,并分析其对吡啶的降解特性。【结果】分离筛选到一株能以吡啶为唯一碳源和氮源生长代谢的降解菌B21-3,经鉴定该菌株为全食副球菌(Paracoccuspantotrophus)。菌株B21-3对吡啶的最适降解温度为32°C,最适降解pH为7.0,吡啶浓度为100mg/L时降解率为48.50%±0.02%;通过逐步提高吡啶初始浓度对菌株进行驯化,驯化后菌株可耐受较高浓度吡啶且吡啶降解率显著增加,吡啶浓度为100 mg/L时驯化后菌株B21-3对吡啶的降解率为90.26%±1.70%。驯化后菌株在含吡啶的无机盐平板上传代培养15代后,对吡啶的降解率为89.39%±2.03%。【结论】菌株B21-3具有较强的吡啶降解能力及降解稳定性,该菌株可作为吡啶污染水体生物修复的潜在资源。