红色亚栖热菌TPS/TPP海藻糖合成途径中相关基因的克隆、表达及功能鉴定

通过构建红色亚栖热菌(Meiothermus ruberCBS-01)的基因组DNA文库,克隆得到该嗜热菌海藻糖合成途径中的磷酸海藻糖合成酶(TPS)和磷酸海藻糖磷酸酯酶(TPP)基因。以pET21a为表达载体,将磷酸海藻糖合成酶和磷酸海藻糖磷酸酯酶在大肠杆菌中进行表达并纯化,利用薄层层析的方法验证了这两个酶的活性。同时,本研究检测了红色亚栖热菌在各种环境压力下细胞内含物成分的变化情况,发现在高渗环境压力的诱导下,该菌会在胞内积累大量的6-磷酸海藻糖,而并非海藻糖,这为进一步研究TPS/TPP和TreS途径在细胞体内的作用奠定了基础。     

生物转化生产D-塔格糖的食品级菌种选育及L-阿拉伯糖异构酶的克隆表达

L-阿拉伯糖异构酶(L-arabinose isomerase,L-AI)是一种可以催化D-半乳糖为D-塔格糖的胞内异构化酶。随着塔格糖在食品工业中越来越广泛的应用,能够将半乳糖转化为塔格糖的食品级微生物以及食品级来源的L-AI受到更大的关注。文中从各种酸奶制品、泡菜及其他一些食品中采集不同的样品,筛选出1株具有L-AI酶活的食品级菌株,经过生理生化鉴定以及16S rDNA序列测定,确定该菌株为戊糖片球菌,命名为Pediococcus pentosaceus PC-5。以该菌基因组为模板,克隆L-AI基因,并在大肠杆菌BL21成功地异源表达。表达产物经粗提取后,在40℃下加入Mn2+,使D-半乳糖转化为D-塔格糖的转化率为33%。     

米曲霉酸性蛋白酶基因在毕赤酵母中的异源表达及酶学性质

酸性蛋白酶作为一类重要的天冬氨酸蛋白酶,被广泛应用于食品、医药和皮革等领域。为推动酸性蛋白酶的研究及应用,通过对发酵豆制品样品进行宏基因组测序,从中获得米曲霉酸性蛋白酶基因pepA,在毕赤酵母GS115中进行异源表达,并对重组酶PepA进行酶学性质分析。结果显示毕赤酵母发酵上清液中酸性蛋白酶的活性为50.62 U/mL。SDS-PAGE验证PepA的分子量约为50 kDa,且发酵上清液几乎无杂蛋白。PepA的最适pH值为4.5,最适温度为50℃,Mn~(2+)和Cu~(2+)对其具有激活作用,而Fe~(3+)、Fe~(2+)与Ca~(2+)则具有抑制作用。上述研究结果可为米曲霉酸性蛋白酶的异源表达及其相关工业应用提供指导。     

双酶偶联转化果糖制备含有稀少糖的混合糖液

酶转化法是功能性稀少糖生产的重要途径,但单一稀少糖转化酶的转化率普遍较低。文中提出构建双酶偶联转化系统提高转化效率的思路,即利用D-阿洛酮糖3-差向异构酶(D-psicose 3-epimerase,DPE)和L-鼠李糖异构酶(L-rhamnose isomerase,L-RhI)双酶偶联反应,催化D-果糖生成D-阿洛酮糖和D-阿洛糖等功能性稀少糖。DPE和L-RhI加酶量的比例为1∶10,其中DPE的浓度为0.05 mg/mL;转化反应的最佳温度为60℃,最适pH为9.0。当D-果糖浓度为2%时,反应10 h达到平衡,此时D-阿洛酮糖和D-阿洛糖的产量分别为5.12和2.04 g/L。利用文中提出的双酶偶联系统可以将果葡糖浆等富含果糖的低附加值原料转化为含有功能性稀少糖的高附加值混合糖液。     

海藻糖合酶的分子生物学研究进展

海藻糖合酶能够将麦芽糖转化为海藻糖,在海藻糖的工业生产中具有十分重要的意义。本文从海藻糖合酶的基因克隆、基因工程应用、结构和催化机制的研究以及其在微生物体内的功能等方面讨论了海藻糖合酶的研究进展。     

利用定点突变分析海藻糖合酶的功能

我们通过对来自红色亚栖热菌(Meiothermus ruber) CBS-01中的海藻糖合酶(Trehalose synthase)序列比对及三维模型构建, 我们构建了D200G/H165R, R227C, R392A三个定点突变体, 检测其对麦芽糖及海藻糖的转化能力。结果发现: 在50°C时, D200G/H165R、R392A基本失去其原有活性, 而R227C产生海藻糖的能力降低。37°C时, D200G/H165R失去转化能力, 而R392A及R227C保有部分能力。因此我们推测, R392位点可能是维持酶的结构及热稳定性的关键位点, 而D200位点在反应过程中也起重要作用。     

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%。     

产胶原酶菌株的筛选鉴定、发酵优化及胶原酶纯化

【目的】从肉联厂附近土壤中筛选出新型的胶原酶菌种,并通过提高其产酶量后研究其胶原酶的纯化方法,进一步研究该胶原酶对胶原蛋白的降解效率。【方法】经形态特征、生理生化特征以及16S rRNA基因进化树分析鉴定该菌株,并对该菌株产酶发酵条件进行优化,最终利用强阴离子交换树脂对该菌株所产的胶原酶进行分离纯化。【结果】该菌株鉴定为蜡样芽孢杆菌(Bacillus cereus)。对该菌株的产酶发酵条件进行优化,结果表明最适碳源为2.0%葡萄糖、最适氮源为1.5%胰蛋白胨、最适无机盐为0.005%Ca~(2+);初始发酵液pH 7.5、发酵温度37℃,在最适条件下,该菌株发酵液的酶活为(65.81±2.06)U/m L,相比优化前(26.7±1.9)U/m L,酶活提高约1.5倍。对该菌株所产的胶原酶进行分离纯化,得到1个分子量约为100 k Da、纯度大于90%的胶原酶,其比酶活力约为(7615.0±78.7)U/mg。【结论】该研究所发现的胶原酶酶活较高,能够使胶原蛋白在短时间内被有效地降解为具有生物活性的胶原短肽,在食品、医疗、保健品、化妆品等领域具有较广泛的应用前景。     

来源于瘤胃菌Ruminococcus sp.的D-阿洛酮糖3-差向异构酶的底物结合位点分析

【目的】研究来源于瘤胃菌Ruminococcus sp.的D-阿洛酮糖3-差向异构酶的底物结合机制。【方法】通过同源模拟和同源序列比对,筛选与其底物结合相关的关键位点,进而通过定点突变构建突变体并对其动力学性质进行研究。【结果】筛选得到关键位点Y6和A109,构建了突变体Y6F、Y6I、A109P及A109L。【结论】Y6既与底物结合又与催化能力相关,其-OH只与底物结合相关,芳香环则与催化能力和结合能力均相关;而A109则只是底物结合的位点。该研究结果为D-阿洛酮糖3-差向异构酶的催化机理研究及分子改造提供了借鉴。