果胶甲酯酶的结构与功能研究进展

果胶甲酯酶(PME)是一种重要的果胶酶,其水解果胶中的甲酯基从而释放甲醇并降低果胶的甲酯化程度。目前在食品加工、茶饮料、造纸等生产工艺中有着广泛的应用前景。随着对PME的深入研究,已报道了几种不同来源的酶晶体结构,对这些已获得的晶体结构进行分析发现,PME属于右手平行β-螺旋结构,其催化残基为2个保守的天冬氨酸和1个谷氨酰胺残基,并且在催化过程中分别起到了一般酸碱、亲核试剂以及稳定中间体的作用。同时对其底物特异性进行分析,初步了解其底物与活性位点的识别机制。文中针对这几个相关方面进行了系统的综述。     

Aspergillus fumigatus来源植酸酶的Q23L和Q23LG272E突变研究

Aspergillus fumigatus来源的植酸酶具有热稳定性好、pH作用范围广的优点, 但其比活性很低。设计的植酸酶Q23L突变能在pH4.5～7.0范围内大幅提高比活性,但pH稳定性却显著下降, 为了进一步改良Q23L的pH稳定性, 在Q23L分子上加入了G272E突变。将原酶、突变酶Q23L和突变酶Q23LG272E分别在毕赤酵母GS115中表达,表达酶经纯化后进行酶学性质比较分析,结果表明：突变酶Q23L的比活性比原酶显著提高, 在pH5.5比活性由51u/mg提高到109u/mg, 但其pH稳定性, 尤其是在pH3.0～4.0酸性条件下的稳定性却显著降低,低于80%。突变酶Q23LG272E在pH3.0～4.5和pH6.5～7.0时的稳定性比Q23L有所提高, 恢复到原酶的水平,而比活性基本维持在Q23L的水平。通过一级序列和三维结构比较,分析了可能影响Q23LG272E酶学性质的因素,为进一步研究植酸酶的结构与功能提供了材料。     

来源于Escherichia coli的高比活植酸酶基因的高效表达

高效表达高比活植酸酶是进一步提高植酸酶发酵效价、降低植酸酶生产成本的一个有效途径。对源于Escherichia coli的高比活植酸酶基因appA,按照毕赤酵母（Pichia pastoris）密码子的偏爱进行了密码子优化改造。该改造后的基因appA-m按正确的阅读框架融合到毕赤酵母表达载体pPIC9上的α-因子信号肽编码序列3′端,通过电击转化得到重组转化子。对重组毕赤酵母的Southern blotting分析证实植酸酶基因已整合到酵母基因组中,并确定了整合基因的拷贝数。Northern blotting分析证实植酸酶基因得到了正常转录。SDS-PAGE分析和表达产物的研究表明,植酸酶得到了高效分泌表达,在5L发酵罐中植酸酶蛋白表达量达到2.5mg/mL发酵液, 酶活性(发酵效价)达到7.5×10⁶IU/mL发酵液以上, 大大高于目前报道的各种植酸酶基因工程菌株的发酵效价。     

增加植酸酶基因appA-m的拷贝提高其在巴斯德毕赤酵母的表达量

为了进一步提高植酸酶的发酵效价,降低植酸酶生产成本,对毕赤酵母表达载体pGAPZα-A进行了改造。将表达载体pPIC9的AOX1启动子序列引入pGAPZα-A,使之成为甲醇可诱导型表达载体pAOXZα, 插入植酸酶基因appA-m后得到重组载体pAOXZα-appA-m 。以染色体上带有一个拷贝的appA-m基因、发酵效价可达到7.5×10⁶IU/mL发酵液的重组酵母菌株74#为受体菌进行转化,在该重组菌株的染色体上的另一位点整合含有植酸酶基因的表达盒,经筛选到高表达植酸酶的重组子。通过PCR进行验证,植酸酶基因被整合到重组酵母的染色体上,且受体菌中原有的植酸酶基因结构未改变。重组菌在5L发酵罐经甲醇诱导120h植酸酶蛋白表达量达到4mg/mL发酵液, 酶活性(发酵效价)达到1.2×10⁷IU/mL发酵液以上, 较含单拷贝植酸酶基因的受体菌株表达量有较大程度提高。PCR检测及表达量分析证明改良的菌株具有很好的遗传稳定性和表达稳定性。     

来源于柠檬酸杆菌的高比活植酸酶基因在毕赤酵母中的高效表达

柠檬酸杆菌(Citrobacterbraakii)来源的植酸酶是目前报道的比活最高的植酸酶。按照毕赤酵母(Pichiapastoris)对密码子的选择偏向性,对来源于柠檬酸杆菌的高比活植酸酶基因AppA进行了密码子优化改造。改造后的基因AppA(m)按正确的阅读框架融合到毕赤酵母表达载体pPIC9的α-因子信号肽编码序列3′端,通过电击转化得到重组转化子。通过PCR验证,AppA(m)已整合在酵母染色体上。SDS-PAGE分析和表达产物的研究表明,植酸酶得到了高效分泌表达,在5L发酵罐中植酸酶蛋白表达量达到3·2mg/mL发酵液,发酵效价达到每毫升发酵液1·4×107IU以上,高于目前报道的各种植酸酶基因工程菌株的发酵效价。     

木聚糖酶XYNB的N46D突变、表达及酶学性质变化

对来源于Streptomyces olivaceoviridis的高比活木聚糖酶XYNB进行同源建模和同源序列比较,发现第11族木聚糖酶的催化结构域在β折叠股A3和B3之间存的一个保守的氨基酸位点,该位点与木聚糖酶的pH特性有关.据此设计了XYNB的N46D定点突变.将突变酶XYNBN46D在毕赤酵母中表达,表达的XYNBN46D经纯化后与原酶XYNB(同样经毕赤酵母表达后纯化)进行酶学性质比较,结果表明, XYNBN46D的最适pH值由5.2下降到4.2,pH稳定性也向酸性pH偏移,同时,热稳定性和最适温度也有一定的提高, 但酶的比活性显著下降.结果证实,木聚糖酶XYNB的第46位Asn与其最适pH值相关.对导致酶学性质改变的可能因素进行了分析,结果为进一步的结构与功能研究提供了资料.     

青霉L1来源具有生产木寡糖应用潜力的高比活GH11木聚糖酶

木聚糖酶是一种备受关注的糖苷水解酶,能够应用于酿造、饲料、制药、生物能源等多个领域,但是目前大部分木聚糖酶在低于30℃的环境中活力较低。为了获得在较低温度下具有高活力的木聚糖酶,从青霉L1(Penicilliumsp.L1)中克隆到一条GH11木聚糖酶基因XYN11A,并在毕赤酵母GS115中进行异源表达。经过纯化和酶学性质测定,该酶的最适p H和最适温度分别为3.5-4.0和55℃,能够在酸性和中性缓冲液(p H 1.0-7.0)中以及40℃下保持稳定,同时对所有已测试的金属离子和化合物都有一定的抗性。值得注意的是,该酶具有GH11家族中比较高的比活力6 700 U/mg,另外,该酶在较低温度20-40℃亦可展现出较高的酶活力(24%-58%)。经过16 h的榉木木聚糖水解实验,该木聚糖酶的水解产物主要是木二糖、木三糖和木四糖,几乎不产生单体木糖。因该酶同时具有产寡糖、较低温度下活力高以及嗜酸性等3种特性,XYN11A在食品和饲料工业中具有巨大的应用潜力。     

蓝状菌(Talaromyces leycettanus JCM12802)高温果胶甲酯酶PmeT在毕赤酵母中的高效表达及酶学性质

【目的】在毕赤酵母中高水平表达蓝状菌(Talaromyces leycettanus JCM12802)来源的高温果胶甲酯酶,并对其进行酶学性质研究,具有高催化效率的高温果胶甲酯酶有望能广泛应用于低甲氧基果胶的生产,优化生产工艺,提高转化率,降低生产成本。【方法】利用RT-PCR的方法,以蓝状菌(T.leycettanus JCM12802)总RNA为模板,克隆得到果胶甲酯酶基因(Pme T)的cDNA。将其插入表达载体p PIC9K,并转化毕赤酵母(Pichia pastoris)菌株GS115,高活性的阳性转化子进行高密度发酵研究。【结果】重组酵母的果胶甲酯酶表达水平达到428 U/m L,并进一步鉴定了重组果胶甲酯酶的酶学性质。该酶的最适反应温度为75°C,且在85°C以下具有较好的热稳定性。最适反应p H为4.0,在p H 2.0-7.0之间有较好的稳定性。【结论】用重组毕赤酵母可高效表达蓝状菌来源的高温果胶甲酯酶,为其今后在工业上的应用奠定了基础。     

基于酶热稳定性系统计算的乳酸氧化酶热稳定性改造

乳酸氧化酶能够催化乳酸氧化为丙酮酸,具有重要的工业应用价值,但已有研究表明,不同来源的乳酸氧化酶均存在热稳定性不好的问题,影响了其在工业当中的应用。目前对于乳酸氧化酶的研究报道较少,对其热稳定性的改造更未见报道,因此提高乳酸氧化酶的热稳定性具有重要意义。克隆表达了一个高比活乳酸氧化酶(Eg LOD),通过生物信息学辅助分析及表面电荷分析软件(ETSS)对乳酸氧化酶的蛋白结构进行理性分析,基于蛋白表面电荷分布优化设计了9个突变体尝试对其进行热稳定性改良。通过对突变体的筛选获得了两个有效提升热稳定性的突变体D250N,D281N,在60℃下处理30 min仍然能够保持50%以上的酶活,而野生型Eg LOD酶活仅剩20%左右。     

基于结构基础的嗜热细菌贝斯其热解纤维素菌木聚糖酶CbXyn10C的热稳定性分子改良

【背景】作为降解木聚糖的核心酶种,木聚糖酶可以有效促进木质纤维素的消化水解,在动物养殖领域应用广泛。来源于嗜热细菌贝斯其热解纤维素菌(Caldicellulosiruptorbescii)的GH10家族木聚糖酶Cb Xyn10C最适温度为85℃,在80℃条件下具有良好的热稳定性,具有饲料工业应用潜力。【目的】为满足饲料制粒尤其是水产饲料加工过程的工艺要求,进一步提高木聚糖酶Cb Xyn10C的热稳定性并阐明其耐热机理。【方法】以Cb Xyn10C晶体结构为基础,采用刚性氨基酸引入、疏水作用网络重排2种策略对其热稳定性进行理性设计,获得在100℃条件下比活提高的单点突变体后,通过有益突变位点叠加策略进一步提升酶的热稳定性,最后采用分子动力学模拟技术分析其热稳定性提高的分子机制。【结果】共获得了4个稳定性提高的单点突变体A45P、T69P、F309V和A325P,其中突变体A45P效果最优。随着在A45P基础上另外3个突变位点的叠加,酶的热稳定性在不损失酶活的前提下得到了逐步提升。获得的四点突变体A45P/F309V/A325P/T69P的耐热性最好,其最适反应温度和熔解温度Tm值较野生型...