谷氨酸脱羧酶与Ι型糖尿病发病机制

谷氨酸脱羧酶(glutamic acid decarboxylase,GAD)与I型糖尿病(type 1 diabetes,T1DM)的发病有很大关系,被认为是Ⅰ型糖尿病发病的自身免疫启动靶抗原。谷氨酸脱羧酶对于Ⅰ型糖尿病的预测、诊断、预防和治疗都有很大应用价值。该文阐述了谷氨酸脱羧酶的最新研究进展,以及谷氨酸脱羧酶与I型糖尿病自身免疫发病机制的联系。     

一株产谷氨酸脱羧酶乳酸菌的鉴定及其酶学性质

从28株乳酸菌中筛选到了10株谷氨酸脱羧酶产生菌,其中以菌株Y-2的活性最高,当菌体(湿重)与1%谷氨酸一钠溶液按1∶10混合,于37℃反应12 h,转化液中γ-氨基丁酸浓度为14.52±0.93 mmol/L。通过形态特征、生理生化特征和16S rDNA序列分析鉴定菌株Y-2为唾液链球菌嗜热亚种(Streptococcus salivariussubsp.thermophilus)。同时基于16S rDNA构建了系统进化树,并进行了系统发育分析。S.salivariussubsp.thermophilusY-2谷氨酸脱羧酶的粗酶最适反应温度和pH分别为45℃和5.0,在4~40℃和pH 4.75~5.25范围内较稳定,酶催化反应在0~6 h具有良好的线性。     

比色法快速测定乳酸菌谷氨酸脱羧酶活力及其应用

基于Berthelot显色测定ω-氨基酸的反应 ,探讨了比色法快速测定谷氨酸脱羧酶活力的测定条件。结果表明 ,该方法灵敏度较高 ,重现性好 ,成本低 ,快捷 ,可替代氨基酸分析仪分析法。对乳酸菌谷氨酸脱羧酶提取液的适宜反应底物体系为 0.2mol LMacIlvaine ,pH4.7,内含 0.1mmol LPLP (5 磷酸吡哆醛 ) ,10mmol L底物L MSG (L 谷氨酸钠 )。 2 0 0 μL底物溶液和 1～ 1 0 0 μL酶液在 3 0℃反应 ,然后冰浴中加入 2 0 0 μ/L 0.     

谷氨酸脱羧酶若干研究进展

谷氨酸脱羧酶是γ－氨基丁酸的合成酶,主要存在脑和胰岛中。因体内存在多种形成的谷氨酸脱羧酶,现无获得各种均一的谷氨酸脱羧酶的 统一方法。谷氨酸脱羧酶的克隆和表达,既弄清了谷氨酸脱羧酶的基因结构与定位,又为谷氨酸脱酶的大规模应用奠定了基础。目前认为谷氨酸脱羧酶是Ⅰ型糖尿病的始动靶抗原,体内注入谷氨酸脱羧酶可预防或延缓ＮＯＤ（ｎｏｎｏｂｅｓｅ ｄｉａｂｅｔｉｃ）小鼠Ⅰ型糖尿病的发生。     

猪脑谷氨酸脱羧酶的分离纯化以及生物学活性鉴定

L-谷氨酸脱羧酶是γ-氨基丁酸合成的关键限速酶,广泛的存在于脊椎动物神经细胞以及β-胰腺细胞,是胰岛素依赖型糖尿病(IDDM)病人以及僵硬综合症(SMS)病人血清的关键抗原。运用sephamryl S-200以及DEAEsepharose可以从猪脑中分离纯化出谷氨酸脱羧酶。纯化的GAD在变性条件下电泳,经考马斯亮蓝R250染色以及Western-Blot鉴定主要有两条带,分子量分别为67kD和44kD。根据L-谷氨酸脱羧酶能够分解谷氨酸产生γ-氨基丁酸和CO2的特性,通过测定产物γ-氨基丁酸推断酶活。以上实验结果表明从猪脑中分离纯化到的是具有生物学活性以及免疫原性的谷氨酸脱羧酶,可进一步改良为IDDM检测试剂盒,用于IDDM的预防和预测。     

谷氨酸脱羧酶结构及催化机制的研究概述

谷氨酸脱羧酶(glutamate decarboxylase,GAD)是一种磷酸吡哆醛(pyridoxal-5′-phosphate,PLP)依赖性酶,广泛存在于自然界的动植物和微生物中,在酸性环境下发生结构变化,不可逆地催化L-谷氨酸或谷氨酸盐α-脱羧生成γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid,GABA)。γ-氨基丁酸在人体中作为一种抑制性神经递质,具有重要的生理功能,可以被广泛应用于食品和制药工业中。本文就谷氨酸脱羧酶结构及催化机制的研究进展进行概述。     

谷氨酸脱羧酶与Ⅰ型糖尿病发病机制

谷氨酸脱羧酶（glutamic acid decarboxylase,GAD）与Ⅰ型糖尿病（type 1 diabetes,T1DM）的发病有很大关系,被认为是Ⅰ型糖尿病发病的自身免疫启动靶抗原。谷氨酸脱羧酶对于Ⅰ型糖尿病的预测、诊断、预防和治疗都有很大应用价值。该文阐述了谷氨酸脱羧酶的最新研究进展,以及谷氨酸脱羧酶与Ⅰ型糖尿病自身免疫发病机制的联系。     

以葡萄糖为底物一步法合成γ-氨基丁酸整合型重组钝齿棒杆菌的构建

[目的]为了构建一株直接利用廉价的葡萄糖合成γ-氨基丁酸的重组钝齿棒杆菌,将来自于植物乳杆菌γ-氨基丁酸合成途径的关键酶谷氨酸脱羧酶基因(lpgad)在产谷氨酸菌株钝齿棒杆菌中进行整合表达,实现葡萄糖到GABA的一步法生产.[方法]运用PCR技术扩增得到带有tac启动子的谷氨酸脱羧酶基因tacgad.通过重叠PCR的方法获得钝齿棒杆菌精氨酸合成途径关键酶N-乙酰谷氨酸激酶(NAGK)基因内部缺失型基因△argB.利用自杀载体pK18mobsacB构建同源整合载体pK18-△argB::tacgad,以△argB的上下游序列为同源臂,通过两次同源重组将tacgad基因整合到钝齿棒杆菌基因组,同时将NAGK基因argB灭活,利用蔗糖致死基因sacB反向筛选标记筛选得到谷氨酸脱羧酶的重组钝齿棒杆菌C.crenatum △argB::tacgad.重组钝齿棒杆菌以葡萄糖为底物进行发酵,测定GABA含量.[结果]重组菌C.crenatum △argB::tacgad成功表达谷氨酸脱羧酶,同时阻断了精氨酸合成途径对谷氨酸到GABA代谢途径的竞争,粗酶液基本检测不到NAGK活性,发酵液无精氨酸合成.通过96 h发酵,重组菌可积累约8.28 g/L的GABA.[结论]本研究通过将谷氨酸脱羧酶基因定向整合到钝齿棒杆菌精氨酸合成途径的关键酶基因argB内部,成功表达谷氨酸脱羧酶的同时阻断竞争途径精氨酸的合成.本研究为实现直接利用葡萄糖合成GABA的一步法生产奠定了基础.     

林生山黧豆谷氨酸脱羧酶的分离纯化及部分性质的研究

以林生山黧豆为材料,利用硫酸按分段盐析,丙酮沉淀,DEAE-SepharoseFF离子交换柱层析,SephacrylS300凝胶过滤柱层析及FPLC-MonoQ柱层析技术,以聚酰胺薄膜层析荧光定量法为酶活力检测手段,分离纯化了谷氨酸脱羧酶,达到电泳银染纯．纯化后的林生山黧豆谷氨酸脱羧酶活力达375．09U·mp-1,纯化倍数38．2倍,经SDS-PAGE测定,其亚基分子量为70kD,经梯度PAGE确定,天然分子量为140kD,表明该酶是由两个亚基组成的二聚体．酶学研究表明,纯化的林生山黧豆谷氨酸脱羧酶的最适pH值为5．4,对谷氨酸的Km值为1．62×10-3mol·L-1,酶的最适温度为40℃,酶特异性地使谷氨酸脱羧,不能使天门冬氨酸等其它氨基酸脱羧．     

乳酸菌酸胁迫反应机制研究进展

乳酸菌可发酵糖类产生乳酸,并广泛应用于食品、药物和饲料等工业。由于有机酸的积累,乳酸菌大部分的生长代谢都在低pH的酸性环境中进行,具有酸胁迫反应。pH的自我平衡、ATR反应机制、对大分子的保护和修复作用及细胞膜的变化等是乳酸菌酸胁迫反应的主要机制,其中,pH自我平衡包括F0F1-ATPase质子泵、精氨酸脱氨酶途径(ADI)和谷氨酸脱羧酶途径(GAD)等。由此可见,乳酸菌酸胁迫反应机制涉及到基因和蛋白的表达调控等,是非常复杂的网络调控体系。     

生产γ-氨基丁酸乳酸菌的选育及发酵条件优化

通过对食品安全级 (GRAS)乳酸菌的筛选 ,得到一株可高产谷氨酸脱羧酶的菌株。并且对菌株的发酵培养基与发酵条件进行了优化。结果表明 :采用优化后的培养基 ,调初始pH为 7.0 ,在 33℃进行发酵培养 3d后 ,发酵液中GABA含量可达到31 0g·L-1 以上 ,比优化前提高了约 4倍     

谷氨酸脱羧酶研究进展

谷氨酸脱羧酶(glutamic acid decarboxylase,GAD,EC4.1.1.15)在生物体内广泛存在,其催化产物γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid,GABA)是哺乳动物体内一种重要的抑制性神经递质。在对自身免疫性疾病以及糖尿病研究中,特别是1型糖尿病,GAD、GABA以及谷氨酸脱羧酶抗体(glutamic acid decarboxylase-antibody,GAD-Ab)等的水平作为病理分析、疾病诊断、免疫治疗的重要参数,历来备受研究者关注。本文就GAD及其催化产物GABA的研究进展进行了综述,为更好地研究自身免疫性疾病的发病机理,探索更加有效安全的治疗方法提供参考。     

重组大肠杆菌高效催化合成γ-氨基丁酸

[目的]实现重组大肠杆菌高效合成γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid,GABA)。[方法]构建表达谷氨酸脱羧酶的基因工程菌Escherichia coli p ET-GAD,对催化工艺进行初步优化,实现高效催化L-谷氨酸脱羧反应合成GABA。[结果]在谷氨酸脱羧酶的表达过程中,维生素B6盐酸吡哆醇(PN)可以替代5-磷酸吡哆醛(PLP)作为辅酶补给,提高工程菌E. coli p ET-GAD的催化活力。在50 m L反应体系中,重组细胞浓度为8 mg/m L,底物浓度为200 mmol/L,在35℃、p H 4. 4条件下反应2 h,L-谷氨酸的转化率 98%。为了提高GABA的生产效率,采用谷氨酸/谷氨酸钠分批补料方式控制反应过程中的p H值,GABA的最终浓度达到247 g/L。[结论]重组大肠杆菌可以高效催化合成γ-氨基丁酸,为基因工程菌工业化制备GABA提供实验依据。     

植物乳杆菌谷氨酸脱羧酶催化pH范围的理性改造及高效转化生产g-氨基丁酸

γ-氨基丁酸可由谷氨酸脱羧酶(glutamate decarboxylase, GAD)催化谷氨酸一步合成,反应体系成分简单、环境友好。然而,绝大多数GAD酶催化pH偏酸性且反应范围狭小,需要加入无机盐维持最适催化环境,增加了生产附加成分。此外,随着产物γ-氨基丁酸的生成,溶液pH会逐渐上升,不利于GAD酶的持续转化。本研究首先从实验室保藏的一株高产γ-氨基丁酸的植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)中克隆得到谷氨酸脱羧酶LpGAD,基于酶蛋白表面电荷修饰,选择9个位点进行定点突变及组合突变,酶学性质表征结果显示三突变体LpGAD^{S24R/D88R/Y309K}在催化pH区间内酶活力整体提高,尤其拓宽了在偏中性pH 6.0下的酶活,为野生酶的1.68倍。接下来,通过分子动力学模拟解析了酶活提高的机理。此外,将Lpgad与Lpgad^{S24R/D88R/Y309K}突变基因分别在谷氨酸棒杆菌(Corynebacterium glutamicum) E01中过表达,通过优化确定了摇瓶最适转化条件为反应温度40 ℃,菌体量OD₆₀₀=20,底物L-谷氨酸100.0 g/L,5-磷酸吡哆醛添加量为100 μmol/L。5 L发酵罐中,不调节pH,通过分批投料底物L-谷氨酸,γ-氨基丁酸产量高达402.8 g/L,较对照菌株提高了1.63倍。本研究成功拓宽了LpGAD的pH催化范围及酶活,提高了γ氨基丁酸的转化效率,为实现其规模化工业生产奠定了基础。     

蚕氨基酸代谢之研究 Ⅲ.丝腺体L-天门冬氨酸及α-酮戊二酸形成丙氢酸之机制

研究了家蚕(Bombyx mori L.),天蚕蛾科之蓖麻蚕(Philosama cynthia ricini B.)及柞蚕(Antheraea pernyi G.)丝腺体后部自L-天门冬氨酸与α-酮戊二酸形成丙氨酸的机制。以上各种蚕的丝腺体组织都可利用L-天门冬氨酸与α-酮戊二酸形成丙氨酸,谷氨酸及CO_2。当存在DL-环丝氨酸(10~(-4)M)时,形成较多的谷氨酸与丙酮酸,而丙氨酸之量显著地减少。以L-天门冬氨酸与α-酮戊二酸或以L-谷氨酸与丙酮酸为底物,对丙氨酸之形成具有相同的抑制程度。DL-环丝氨酸(10~(-4))并不抑制谷-天转氨酶与草酰乙酸脱羧酶,但在同样条件下,可显著抑制谷-丙转氨酶的活力(～90%)。此外,若以L-天门冬氨酸或其与小量α-酮戊二酸为底物,尤其是用透析后之酶液,并无显著的丙氨酸与CO_2形成。我们认为,自L-天门冬氨酸与α-酮戊二酸形成之丙氨酸,并非通过Bheemeswar提出的L-天门冬氨酸β-脱羧酶之作用,而是经过三个相继的反应,即在谷-天转氨酶催化下,形成谷氨酸与草酰乙酸,后者除非酶促分解外,在草酰乙酸脱羧酶作用下,形成丙酮酸与CO_2;由以上两反应所形成之谷氨酸与丙酮酸,在蚕丝腺普遍存在的谷-丙转氨酶催化下形成丙氨酸(见图8)。     

γ-氨基丁酸对低氧胁迫下甜瓜幼苗多胺代谢的影响

以‘西域一号’甜瓜为试验材料,采用营养液水培法,研究了低氧胁迫下外源添加γ-氨基丁酸(GABA)对甜瓜幼苗多胺代谢的影响.结果表明:与通气对照相比,低氧胁迫处理的甜瓜幼苗谷氨酸脱羧酶(GAD)活性和GABA含量显著提高,同时多胺合成酶活性提高诱导多胺含量显著增加,但二胺氧化酶(DAO)和多胺氧化酶(PAO)活性也显著提高;根系精氨酸脱羧酶(ADC)活性提高幅度较大,导致根系游离态腐胺含量较高,而叶片乌氨酸脱羧酶(ODC)和S-腺苷甲硫氨酸脱羧酶(SAMDC)活性提高幅度较大,导致叶片游离态亚精胺(Spd)含量较高;根系游离态DAO和PAO活性显著低于叶片,其细胞壁结合态PAO活性显著高于叶片.与低氧胁迫处理相比,低氧胁迫下外源添加GABA处理的甜瓜幼苗叶片和根系中GABA和谷氨酸含量均显著提高,而GAD活性显著降低;精氨酸、鸟氨酸、甲硫氨酸含量的提高促使多胺合成酶活性显著提高,从而诱导多胺含量显著增加,DAO和PAO活性显著降低.     

γ-氨基丁酸对低氧胁迫下甜瓜幼苗多胺代谢的影响

以‘西域一号’甜瓜为试验材料,采用营养液水培法,研究了低氧胁迫下外源添加γ-氨基丁酸(GABA)对甜瓜幼苗多胺代谢的影响.结果表明：与通气对照相比,低氧胁迫处理的甜瓜幼苗谷氨酸脱羧酶(GAD)活性和GABA含量显著提高,同时多胺合成酶活性提高诱导多胺含量显著增加,但二胺氧化酶(DAO)和多胺氧化酶(PAO)活性也显著提高;根系精氨酸脱羧酶(ADC)活性提高幅度较大,导致根系游离态腐胺含量较高,而叶片鸟氨酸脱羧酶(ODC)和S-腺苷甲硫氨酸脱羧酶(SAMDC)活性提高幅度较大,导致叶片游离态亚精胺(Spd)含量较高;根系游离态DAO和PAO活性显著低于叶片,其细胞壁结合态PAO活性显著高于叶片.与低氧胁迫处理相比,低氧胁迫下外源添加GABA处理的甜瓜幼苗叶片和根系中GABA和谷氨酸含量均显著提高,而GAD活性显著降低;精氨酸、鸟氨酸、甲硫氨酸含量的提高促使多胺合成酶活性显著提高,从而诱导多胺含量显著增加,DAO和PAO活性显著降低.     

赖氨酸-尸胺反向转运蛋白cadB基因谷氨酸棒杆菌表达载体的构建及转化

旨在提高谷氨酸棒杆菌合成尸胺的能力,将CadB克隆至谷氨酸棒杆菌中,与LDC共表达,在谷氨酸棒杆菌合成尸胺的同时,帮助尸胺转运至细胞外,解除尸胺的反馈抑制作用。谷氨酸棒杆菌能够高产赖氨酸脱羧酶的底物L-赖氨酸,但不含ldc和cadB基因,因而不能够直接合成尸胺。从E.coliK12中克隆出赖氨酸-尸胺反向转运蛋白基因,与绿色荧光蛋白基因gfp融合构建成融合表达载体pXBG,并转化至谷氨酸棒杆菌进行诱导表达,结果表明表达的CadB蛋白可以正确的定位于谷氨酸棒杆菌的细胞膜上。将基因cadB连接到含有赖氨酸脱羧酶基因的pXMJ19-ldc上,构建成能够共表达赖氨酸脱羧酶和赖氨酸-尸胺反向转运蛋白的重组质粒pXLB,并转化到谷氨酸棒杆菌中。     

生物法制备γ-氨基丁酸过程中细胞的转化特性研究

利用含谷氨酸脱羧酶的细胞转化味精制备γ-氨基丁酸,并测试了该细胞的转化特性。结果显示该细胞最适反应温度为44℃,最适反应pH为4. 6;反应体系中细胞浓度越高,损失的转化活力越低。此外,对反应体系施加外源的真空度,可使细胞转化活力有所提高。5-磷酸吡哆醛是该细胞的必要辅因子,L-谷氨酸可以代替味精作为底物被利用转化成γ-氨基丁酸。     

具有谷氨酸脱羧酶的大肠杆菌固定化细胞

本文研究了用海藻酸钙包埋法制备含谷氨酸脱羧酶固定化细胞的方法以及研究了制备的条件和影响其制备的因素。该法具有包埋细胞活力回收高,方法简便等优点。比较研究了固定化细胞和自然细胞谷氨酸脱羧酶的一些生物化学性质。其中固定化细胞最适pH和pH稳定性增加,最适温度及热稳定性下降;表观米氏常数增大;二价金属离子Zn~(++)、Cu~(++)、Mg~(++)、Fe~(++),Sr~(++)程度不同的抑制酶活性,Ca~(++)激活固定化细胞酶活性,EDTA无抑制作用。对固定化细胞和自然细胞酶活力活化的研究中发现这两种细胞经蒸馏水保温处理后酶活性都上升,且自然细胞酶活的上升较固定化细胞大;而用底物溶液处理后,自然细胞无变化,固定化细胞酶活下降。