水-有机溶剂两相体系中甲基单胞菌Z201催化丙烯环氧化的初步研究

Lanne于1987年提出了生物催化剂工程（Biocatalyst engimeering）和介质工程（Medium enineering）的概念^[1].有机相生物催化中溶剂的选择也是介质工程的内容之一。纯酶在有机相中的催化作用已有大量报道^[2],但对完整细胞研究甚少。本文以甲基单胞菌（Methylomonos）Z201完整细胞为生物催化剂,丙烯环氧化为指标反应,研究有机溶剂对活性的影响并对催化活性-溶剂疏水性进行了相关性分析。研究了水-十六烷两相体系中十六烷含量和搅拦速度对丙烯环氧化速度的影响和细胞的操作稳定性。     

甲基单胞菌Methylomonas sp.GYJ3中甲烷单加氧酶还原酶组分的纯化和性质

Ｍｅｔｙｌｏｍｏｎａｓｓｐ．ＧＹＪ３菌的甲烷单加氧酶（ＭＭＯ）粗酶提取液经ＤＥＡＥ－ＳｅｐｈａｒｏｓｅＣＬ－６Ｂ阴离子交换层析、ＳｅｐｈａｄｅｘＧ－１００凝胶过滤层析和ＤＥＡＥ－ＴＳＫｇｅｌＨＰＬＣ分离纯化出ＭＭＯ还原酶组分．经ＨＰＬＣ分析,纯度大于９５％,纯化倍数为４．４,加入至ＭＭＯ羟基化酶和调节蛋白Ｂ的体系中表现比活为２２８ｎｍｏｌ环氧丙烷每分钟毫克蛋白．ＳＤＳ－ＰＡＧＥ电泳表明还原酶由一种亚基组成,分子量４２ｋＤ．ＩＣＰ－ＡＥＳ测定还原酶的Ｆｅ含量为１．８３ｍｏｌＦｅ每ｍｏｌ蛋白．ＵＶ－Ｖｉｓ光谱表明还原酶除２８０ｎｍ蛋白质特征峰外在４６０ｎｍ有最大吸收峰,且Ａ２８０ｎｍ／Ａ４６０ｎｍ为２．５０,与其它黄素一铁硫蛋白相似,推测还原酶可能含一个ＦＡＤ辅基和Ｆｅ２Ｓ２中心．在厌氧条件下,还原酶能够和ＮＡＤＨ作用,ＵＶ－Ｖｉｓ光谱分析表明还原酶４６０ｎｍ处特征吸收峰消失,说明在ＭＭＯ催化过程中还原酶接受ＮＡＤＨ的电子．ＤＥＡＥ－ＳｅｐｈａｒｏｓｅＣＬ－６Ｂ阴离子交换层析分离出调节蛋白Ｂ,部分纯化的调节蛋白Ｂ的分子量大约在２０ｋＤ,它能够提高ＭＭＯ比活性４０倍,ＭＭＯ还原酶和调节蛋白Ｂ单独存在时不具有ＭＭＯ     

丙烯酶催化氧化产生环氧丙烷的研究 I.甲烷氧化菌的筛选及其特性

从甘肃玉门油田土样、油样和水样中分别筛选到具有低碳烃催化氧化活性的菌种。以甲醇为碳源培养的菌体没有丙烯酶催化氧化为环氧丙烷的活力。只有以甲烷作为唯一碳源、能源培养发酵的菌体才有高专一性的酶催化氧化活性,并对筛选到的一株具有较高活性的菌株从形态、营养和生长特征等方面进行了研究,经初步鉴定表明为甲烷氧化菌甲基单胞菌属(Methylomonas sp,)。     

单相和两相发酵体系中Methylomonas Z201细胞的生长和环氧丙烷的合成

研究了单相和两相发酵体系中甲基单胞菌（Methylomonas）Z201细胞的生长和环氧丙烷的合成。在单相发酵体系中,底物丙烯和产物环氧丙烷抑制细胞生长,水相中环氧丙烷的浓度达到13mmol／L。在两相发酵体系中,十六烷作为生长底物甲烷以及反应底物丙烯和分子氧的“储器”,减小了丙烯对细胞生长的抑制作用,水相和十六烷相中环氧丙烷的浓度分别达到1．7mmol／L和2．6mmol／L。同休止细胞相比,单相和两相发酵体系中辅酶NADH的原位再生使生长细胞的操作稳定性显著提高,尤为两相体系为甚。     

Candida rugosa脂肪酶同工酶的分离及选择固定化

采用“界面亲和层析”,从商品Candida rugosa脂肪酶（CRL）中分离到三个同工酶（CRL-1、CRL-2和CRL-3）,它们在水-有机溶剂双液相体系中催化(R,S)-萘普生甲酯的不对称水解反应,具有不同的立体选择性.分析表明：CRL-1和CRL-2上不同程度地非共价结合有小分子的酸性化合物,阻碍了其活性位点处疏水腔的完全开放;CRL-3上不含有该小分子酸性化合物,活性位点处疏水腔可处于完全开放构象.据此分别将CRL同工酶选择性地固定在不同的载体(GDX101和YWG-NH₂)上.通过简单易行的选择吸附步骤,可同时达到同工酶的分离及固定化目的,提出了一种对结构上相差不大同工酶分离的便利方法.     

Candida rugosa脂肪酶同工酶的分离及选择固定化

采用"界面亲和层析",从商品Candida rugosa脂肪酶(CRL)中分离到三个同工酶(CRL-1、CRL-2和CRL-3),它们在水-有机溶剂双液相体系中催化(R,S)-萘普生甲酯的不对称水解反应,具有不同的立体选择性.分析表明:CRL-1和CRL-2上不同程度地非共价结合有小分子的酸性化合物,阻碍了其活性位点处疏水腔的完全开放;CRL-3上不含有该小分子酸性化合物,活性位点处疏水腔可处于完全开放构象.据此分别将CRL同工酶选择性地固定在不同的载体(GDX101和YWG-NH2)上.通过简单易行的选择吸附步骤,可同时达到同工酶的分离及固定化目的,提出了一种对结构上相差不大同工酶分离的便利方法.     

甲烷氧化菌Methylomonas sp.GYJ3中甲烷单加氧酶基因与16S rRNA序列分析

甲烷氧化细菌中的关键酶系甲烷单加氧酶是一个含双核铁的多组份氧化酶,常温、常压下能够催化甲烷转化为甲醇。对甲烷氧化细菌Methylomonas sp.GYJ3中溶解性甲烷单加氧酶基因和16SrDNA进行了测序与分析。利用已知相关基因数据库信息,设计了PCR引物和测序引物,获得了满意的测序结果。全长的溶解性甲烷单加氧酶基因为5690bp,部分16S rDNA的序列长度为1280bp。与已发表的甲烷氧化细菌中甲烷单加氧酶进行了比较,结果表明MMOX组份中氨基酸序列的同一性为78%到99%,基因序列的同一性为71%到97%,6个组份中orfY片段的同一性相对较低。MMOX氨基酸序列的多序列联配表明,MMOX序列具有高度保守性,特别是在双核铁中心区域。16S rDNA进化分析显示Methylomonas sp.GYJ3与γ蛋白细菌是相关联的,基于MMOX氨基酸序列的进化分析证明,与Methylomonas sp.GYJ3最近似的菌株是Ⅰ型甲烷氧化细菌Methylomonas sp.KSWⅢ。综合分析表明,菌株GYJ3属于Ⅰ型甲烷氧化细菌Methylomonas sp.属。这个结果为Ⅰ型甲烷氧化细菌也能表达溶解性甲烷单加氧酶提供了新的证据。羟基化酶的理论等电点是6.28,理论分子量为248874.41Da。     

甲烷利用细菌降解三氯乙烯的研究

GYJ3菌株细胞微细结构的电镜观察结果表明：它具有Ⅱ型甲烷利用细菌的特征,应归属于Ⅱ型菌。考察了Cu2+浓度、培养气相中甲烷浓度对菌株细胞中甲烷单加氧酶（EC1．14．13．25,简称MMO）活性的影响。结果表明,培养液中Cu2+浓度为1．5μmol／L,培养气相中甲烷：空气比为2∶1时,可溶性甲烷单加氧酶占细胞中MMO总量的95％。研究了GYJ3菌株细胞悬浮液降解三氯乙烯过程。实验结果表明,GYJ3菌株能够降解不同浓度的三氯乙烯,较高浓度的三氯乙烯对降解反应没有明最的抑制作用。加入甲酸盐作为电子给体能够提高三氯乙烯降解反应速率。实验中观察到GYJ3菌株降解三氯乙烯过程中反应速率随着反应的进行而下降,在三氯乙烯降解过程中三氯乙烯氧化产物是导致细胞失活的主要原因。实验室中测定了GYJ3菌株单位重量细胞降解三氯乙烯极限量,它可作为评价细菌降解三氯乙烯能力的重要指标。     

颗粒性甲烷单加氧酶的研究

从甲基弯菌(Methylosinus trichosporium)IMV3011(简称M3011)的膜中分离纯化出颗粒性甲烷单加氧酶(Particulate Methane monooxygenase,简称pMMO)和NADH脱氢酶。Cu2+、不同外源电子给体、EDTA等对pMMO活性的都有影响;测定了pMMO分子量,以及其活性中心金属离子含量。对于M3011,培养基中Cu2+浓度对pMMO的生成和活性没有影响;但在分离纯化过程中对pMMO稳定性有明显影响。电镜结果显示,Cu2+浓度对pMMO的数量有较明显的影响。对于纯化的pMMO,对苯二酚仍是有效的电子供体,而NADH却是无效的电子供体。纯化过程中采用对苯二酚作为pMMO活性分析时的电子供体,排除了共纯化NADH脱氢酶的必要,有利于对pMMO活性中心进行深入研究。     

脂肪酶产生菌的筛选及不对称水解合成S-(+)-萘普生

从１６个土样中分离获得一株脂肪酶产生菌Ｅ－５３＃,该菌可优先水解Ｓ－（＋）－萘普生甲酯为Ｓ－（＋）－萘普生,ｅｅ值可超过８７％。该菌经初步鉴定为芽孢杆菌,最佳产酶培养基为葡萄糖０．５％、蛋白胨０．５％、酵母膏０．２％。０．５％的橄榄油,能诱导脂肪酶的大量产生。