近平滑假丝酵母(R)-专一性羰基还原酶基因的克隆与表达*

根据纯化得到的?-专一性羰基还原酶(rCR)蛋白质测序结果推导出的核苷酸序列设计引物,以筛选得到的近平滑假丝酵母(Candida parapsilosis)CCTCC M203011基因组为模板,通过PCR扩增目的片段,克隆后测序。核苷酸序列测定结果表明rcr基因全长1011bp,共编码336个氨基酸,分子量为35·9kD。将序列递交NCBI比对,与醇脱氢酶超家族成员序列同源性达99%。在大肠杆菌(Escherichia coli)JM109中表达rcr基因,重组     

不同微生物来源的加氧酶及其催化反应特征的研究进展

加氧酶作为一种氧化还原酶,可催化分子氧的氧原子与一大类有机化合物反应,被广泛应用于环保行业、美容保健行业、移植免疫过程、医药中间体的生产、资源开发利用、生态环境的生物修复、病虫害的防治等。本文综述了来源于真菌、细菌以及放线菌的加氧酶的研究进展,包括酶的性质、结构特点、催化机理及催化反应途径、应用等,并对微生物中加氧酶的研究前景进行了展望。     

α-酮戊二酸依赖型双加氧酶催化特性及反应耦联辅因子对其催化羟基化反应的影响

【目的】以重组大肠杆菌表达的枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)L-异亮氨酸双加氧酶(L-isoleucine dioxygenase,IDO)为研究对象,考察其催化L-异亮氨酸(L-Ile)羟基化反应的影响因素,构建IDO催化合成羟基氨基酸的反应体系。【方法】通过Ni-NTA亲和层析法从重组大肠杆菌(Escherichia coli)BL21/p ET28a-ido中纯化获得重组IDO,以L-Ile为底物,考察重组IDO催化羟基化反应的影响因素,并进一步针对耦联反应优化α-酮戊二酸(α-KG)在重组IDO酶促转化体系中的添加浓度。【结果】基于重组IDO催化L-Ile羟基化的活性测定,计算该酶Km为0.247 mmol/L,kcat为1.260 s-1,kcat/Km为5.101 L/(mmol·s),与其他同源酶动力学参数比较分析表明,重组IDO的底物亲和性及催化效率较高。重组IDO催化反应的最适温度为20°C、最适p H为7.0;在35°C以下较为稳定;反应体系中Fe2+最适浓度为1 mmol/L。重组IDO可催化不同L-氨基酸反应,对L-异亮氨酸、L-正亮氨酸、L-甲硫氨酸的活性较高。通过优化α-KG浓度,反应体系中添加30 mmol/Lα-KG时,可将底物浓度提高至70 mmol/L,产物4-羟基异亮氨酸(4-HIL)的摩尔产率达66.20%,表明α-KG作为反应耦联辅因子,其浓度对重组IDO催化L-Ile羟基化具有显著影响。【结论】重组IDO的底物亲和性、催化效率、最适催化条件、稳定性等基本性质有利于催化L-Ile羟基化反应。在其催化反应体系中,α-KG作为反应耦联辅因子,对酶促转化效果影响显著。研究结果为4-HIL及其他羟基氨基酸的酶促转化提供了研究基础。     

近平滑假丝酵母(R)-专一性羰基还原酶基因的克隆与表达*

根据纯化得到的（R）-专一性羰基还原酶（rCR）蛋白质测序结果推导出的核苷酸序列设计引物,以筛选得到的近平滑假丝酵母（Candida parapsilosis）CCTCC M203011基因组为模板,通过PCR扩增目的片段,克隆后测序。核苷酸序列测定结果表明rcr基因全长1011bp,共编码336个氨基酸,分子量为35．9kD。将序列递交NCBI比对,与醇脱氢酶超家族成员序列同源性达99％。在大肠杆菌（Escherichia coli）JM109中表达rcr基因,重组菌可还原β-羟基苯乙酮得到（R）-苯乙二醇,光学纯度为100％e．e,摩尔产率为80．4％,在反应体系中无需外加辅酶再生系统即可完成转化。     

生物催化立体选择性氧化还原中存在问题及其发展策略

以立体选择性氧化还原酶或其全细胞催化的不对称氧化还原反应已经成为转化光学活性手性醇及其他手性化合物的有效手段。然而,生物催化氧化还原反应体系存在着催化活性与专一性、反应体系与催化稳定性等生物催化剂所固有的局限性问题,而且,生物氧化还原反应必需辅酶及其再生问题也是限制该转化途径产业化应用的一个重要因素。围绕上述生物催化立体选择性氧化还原中存在的关键问题,现代分子生物技术及反应工程的不断突破和发展为改善生物催化立体选择性氧化还原在催化剂本身和反应工程方面的局限性提供了有效的发展策略,为其进一步大规模产业应用提供了发展基础。     

亮氨酸脱氢酶与葡萄糖脱氢酶高效共表达制备L-叔亮氨酸北大核心CSCD

【目的】通过不同双基因共表达策略对亮氨酸脱氢酶和葡萄糖脱氢酶基因在大肠杆菌中表达影响的研究,获得具有高辅酶再生效率的双酶共表达重组生物催化剂,实现L-叔亮氨酸"一锅法"高效不对称合成。【方法】以来自于蜡状芽孢杆菌(Bacillus cereus)的亮氨酸脱氢酶(LDH)和来自芽孢菌属(Bacillus sp.)的葡萄糖脱氢酶(GDH)为模板,考察单质粒共表达,双质粒共表达和融合表达等3种共表达策略对重组细胞中亮氨酸脱氢酶和葡萄糖脱氢酶活的影响,比较不同酶活比例和不同催化剂形式对三甲基丙酮酸不对称还原制备L-叔亮氨酸效率的影响。【结果】研究发现不同共表达策略对亮氨酸脱氢酶和葡萄糖脱氢酶的影响存在明显差异。亮氨酸脱氢酶在不同策略下均能够正常表达,而葡萄糖脱氢酶在融合表达时没有活力,当C端含有组氨酸标签时,表达蛋白活性低。通过表达优化,获得3株亮氨酸脱氢酶和葡萄糖脱氢酶高效表达且具有不同酶活比例的重组菌。比较粗酶液和全细胞形式下的催化效率,发现酶活比例及催化剂形式对不对称还原反应效率具有重要影响。确定单质粒串联表达C端不含His标签重组菌E.coli BL21/p ET28a-L-SD-AS-G为最佳催化剂,以粗酶液进行转化时,完全转化0.5 mol/L底物所需菌体量为15 g/L,辅酶量为0.1 mmol/L。【结论】采用单质粒共表达策略,成功构建出1株具有较高亮氨酸脱氢酶和葡萄糖脱氢酶活性的重组菌,实现高效催化TMP合成L-Tle。     

大肠杆菌NAD+合成关键酶的克隆表达及发酵优化

【目的】烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD~+)在细胞基因表达、氧化还原反应、能量代谢以及调控细胞生命周期中具有重要的作用,其细胞内含量是能量效率的关键因素。强化辅因子合成策略,获得高产NAD~+菌株,对于NAD~+依赖型氧化还原反应的速率和调节相关生化合成途径的代谢流具有重要意义。【方法】首先通过内源性调节,对代谢途径中的关键酶基因进行强化,过量表达和共表达NAD~+合成途径中的关键酶基因pncB、nadD和nadE;其次,通过外源调节增加NAD~+前体物,优化诱导条件提高发酵过程中关键酶的表达量,增加NAD~+的合成量;最后在单因素优化试验的基础上,以NAD~+含量为响应值,采用Box-Bohnken试验设计方法,研究3个显著性影响因素相互作用对NAD~+积累量的影响,确定最佳的优化条件。【结果】根据关键酶基因强化策略,构建了7株重组菌,其中重组菌E.coli BL21/p ET-21a-nad E-pncB胞内NAD~+含量相比初始菌株E.coli BL21/pET-21a提高了405.2%。通过对该菌株诱导条件和NAD~+合成前体的优化,使用Design Expert 8.0分析实验数据,得出该重组菌株的最佳发酵条件为:诱导温度控制在15–20 oC,OD_(600)为0.6–0.8时添加IPTG 0.63 mmol/L、烟酸15.8 mg/L、诱导时长控制在24 h。NAD~+含量在最优条件下实验验证值可达43.16μmol/g DCW,与优化前相比提高了123.6%,与初始菌株相比提高了1029.8%。【结论】在大肠杆菌中共表达关键酶基因pncB和nadE,胞内NAD~+合成量明显增加,前体物以及诱导条件的外源调节使NAD~+积累量达到最佳优化值。实现了提高NAD~+含量的目标,胞内辅因子浓度的增加为提高生物催化效率奠定了可行性基础。     

产普鲁兰酶重组大肠杆菌质粒稳定性的研究

通过对产普鲁兰酶的重组大肠杆菌E.coli BL21(DE3)/p ET28a-s-pul菌株在发酵过程中质粒稳定性和普鲁兰酶生成量的考察,发现不同宿主对质粒稳定性及酶活性有重要影响。本文利用E.coli BL21(DE3)p Lys S菌株为宿主,构建重组菌E.coli BL21(DE3)p Lys S/p ET28a-s-pul,通过控制外源蛋白的本底表达,提高了重组菌株的质粒稳定性。优化发酵培养基和发酵条件以后,重组菌产普鲁兰酶能力由480 U/m L提高至627 U/m L,增幅为30.6%。研究结果认为,严格控制外源蛋白的本底表达,是改善重组菌稳定性的重要方法之一。     

固定化细胞生物催化制备(S)-苯基乙二醇的研究

采用海藻酸钙固定化细胞方法能有效提高近平滑假丝酵母催化(RS)-苯基乙二醇(S-PED)去消旋化反应的稳定性,在优化反应条件下,固定化细胞催化批次由游离细胞的2次提高至6次,产物可保持高光学纯度(>95%)、高产率(>85%)。与化学合成液晶掺杂剂S-1011的理化特性对比结果表明,生物催化法制备获得的(S)-PED能够替代化学法制备的相同产品。     

新型辅酶依赖型立体选择性氧化还原酶性质的初步研究

为了进一步认识立体选择性转化用菌株近平滑假丝酵母(Candida parapsilosis)SYB-1的转化机理及其转化酶系的酶学特性,考察了该菌种来源的粗酶的辅酶依赖型及立体选择性,发现依赖于辅酶NADP ,该酶将(R)-苯基乙二醇氧化为β-羟基苯乙酮;而依赖于辅酶NADH,该酶不对称还原β-羟基苯乙酮为(S)-苯基乙二醇。在研究该粗酶酶学特性后发现该粗酶对5C的伯醇专一性较强;在包括仲醇和二元醇的手性醇中,对于二元醇的专一性较强;而在还原反应中对2-丁酮专一性较强。金属螯合剂及重金属离子会对该粗酶的活力产生抑制作用。该粗酶催化氧化的最适pH为8.0,最适温度为50℃;催化还原的最适pH为6．0,最适温度为40℃。