简单节杆菌3-甾酮-△1 -脱氢酶基因的克隆表达及定点突变研究

目的:将来源于简单节杆菌的3-甾酮-△~1-脱氢酶(3-ketosteroid-Delta(1)-dehydrogenase,KSDD)在大肠杆菌中进行表达,获得具有活性的脱氢酶;利用计算机预测KSDD的三级结构,并通过定点突变确定酶的关键位点以期优化脱氢酶的活性及性质。方法:克隆简单节杆菌编码KSDD的基因ksdd构建原核表达载体,以Escherichia coli BL21(DE3)为表达宿主构建重组菌并诱导表达,HPLC法检测重组酶催化4-AD脱氢的转化率;通过SWISS-MODEL同源建模分析KSDD结构,对预测的催化关键位点氨基酸残基进行定点突变并研究突变后重组酶的活性变化。结果:成功构建了表达脱氢酶KSDD的重组菌E.coli pET-22-ksdd,21℃下诱导表达后,重组酶对4-AD的转化率为27%;通过SWISS-MODEL同源建模预测出脱氢酶结构并对4个关键位点进行定点突变设计,获得突变子Y120R、Y320L、Y488F和G492Y。突变子Y120R和Y488F失活,证明其为酶的活性位点;突变子Y320L的转化率与野生型基本一致,但37℃反应条件下稳定性有所提高;突变子G492Y对4-AD的转化率是野生型的1.2倍,37℃条件下稳定性有所提高,是突变后氨基酸位点疏水性增加和周围静电作用改变所导致。结论:目前对简单节杆菌3-甾酮-△~1-脱氢酶结构分析及催化机理相关的研究较少,本研究验证了KSDD的活性位点,优化了酶的稳定性,为进一步对酶的性质进行定向改造打下了基础。     

简单节杆菌转化氢化可的松的△’一脱氢反应动力学II．固定化简单节杆菌细胞转化氢化可的松的△’-脱氢反应动力学

本文报道了简单节杆菌固定化细胞转化氢化可的松过程中固定化细胞颗粒度与有效系数的关系和底物初始浓度与有效系数及扩散系数的关系。随着固定化细胞颗粒度的增大,有效系数减小,固定化细胞颗粒的边长与西勒模数成正比,有效系数和扩散系数都随底物初始浓度的增加而减少。氧化可的松在固定化细胞中扩散系数的数量级为IO…m。／％固定化细胞转化氢化可的松的反应过程曲线与自由细胞的相似。用前文[1]中的产物抑制反应动力学方程(9)进行拟合时,其计算值与实验值相符。     

用固定化简单节杆菌细胞转化氢化可的松

前文报道了产3-甾酮-△′-脱氢酶的简单节杆菌固定化细胞的制备及其一般性质。本文将进一步报道该菌的固定化细胞对氢化可的松转化为氢化泼尼松的结果。     

简单节杆菌转化氢化可的松的△-脱氢反应动力学I．简单节杆菌BY-2-13自由细胞转化氢化可的松的△-脱氢反应动力学

本文研究了简单节杆菌(Arthrobacter simplex) By-2-13转化氢化可的松为氢化泼尼松韵△一脱氢反应动力学。其中包括溶解底物的底物浓度对反应速度的影响,反应初速度与底物浓度的关系;固体悬浮液中底物总浓度对反应速度的影响,反应初速度与底物浓度的关系;酶量对反应的影响以及产物的抑制作用等。溶解底物和固体悬浮液底物的反应初速度与底物浓度的关系都符合简单米氏方程,米氏常数Km分别为0．33mg／mJ和29．41n,g／ml,而两者的反应过程曲线均与简单米氏方程不符。无论在较低或较高浓度的固体悬浮液底物转化过程中,产物对A’。脱氢反应都呈现抑制作用。由此建立了该反应的反应动力学模型及相应的动力学方程,井经线性化后回归得出反应的动力学参数。当反应时间小于‘(达到约85％的转化率所需要的时间)时,用此动力学方程拟合所得的数据与实验测定值相符。     

利用固定化简单节杆菌转化醋酸可的松

用聚乙烯醇－海藻酸钙复合载体包埋简单节杆菌BY 2—3—5l的方法,制备了具有较高机械强度和较好活性的球形固定化细胞。确定了固定化条件、活化条件和酶的特性。在摇瓶中利用该固定化细胞进行醋酸可的松脱氢生成醋酸强的松的反应,初始底物浓度为20g/L、反应18h的转化率可达98％。在分批次反应中．适时地活化可保持固定化细胞的活性。     

3-甾酮-1-脱氢酶在不同表达体系中的表达研究

简单节杆菌3-甾酮-1-脱氢酶(KSDH),是甾体母核降解的关键酶,属于黄素蛋白类,并且是一种膜蛋白。膜蛋白的高效表达一直是一个难题。本文尝试利用三种不同的大肠杆菌表达体系,pET-30a/BL21(DE3)、pET-40b( )/BL21(DE3)和pTrc99A/JM109对C1,2位脱氢酶进行诱导表达,并对蛋白的表达量和酶活力进行比较分析,确定出最适的表达系统。     

3-甾酮-1-脱氢酶基因的表达及甾体转化分析

本文利用带有P43启动子的表达分泌载体pWB980,实现了简单节杆菌3-甾酮-1-脱氢酶在枯草芽孢杆菌中的表达,表达出的目的蛋白的分子量为55KDa。利用分光光度法检测得到胞内和胞外可溶性部分的酶活分别为110±0.5mU和15±0.6mU每毫克蛋白, 比出发菌株简单节杆菌提高了将近30倍。重组芽孢杆菌对甾体底物4-AD的转化率为45.3％,比出发菌株简单节杆菌提高了近10倍。利用枯草芽孢杆菌对甾体底物进行脱氢为甾体药物的生产开辟了一个新的途径。     

表达3-甾酮-△1-脱氢酶降解植物甾醇合成雄甾-1,4-二烯-3,17-二酮

构建分枝杆菌表达载体pMTac并在分枝杆菌Mycobacterium neoaurum JC-12中加强表达甾醇降解过程中的关键酶3-甾酮-△1-脱氢酶(KSDD)以提高雄甾-1,4-二烯-3,17-二铜(ADD)的产量。将p MF41的启动子pACE替换成tac启动子构建载体pMTac,在分枝杆菌中分别表达报告基因绿色荧光蛋白(GFP)和关键酶KSDD,通过GFP亮度和KSDD酶活验证tac启动子在M.neoaurum JC-12中的效果,并发酵验证加强表达KSDD对产物ADD的影响。荧光显微照片表明两个载体均能在M.neoaurum JC-12表达GFP,但tac启动子的效果比pACE强。酶活测定结果为重组菌M.neoaurum JC-12/pMTac-ksdd破碎细胞上清液中KSDD酶活比原始菌提高了6.53倍,比M.neoaurum JC-12/pMF41-ksdd提高了4.36倍。摇瓶发酵显示重组菌M.neoaurum JC-12/pMTac-ksdd ADD的产量比原始菌提高了22.2%,由4.86 g/L提高到5.94 g/L,而AD的产量由0.92 g/L减少到0.17 g/L,降低了81.5%;与M.neoaurum JC-12/p MF41-ksdd比,ADD产量提高了12.7%,AD降低了71.2%。以20 g/L植物甾醇为底物,5 L发酵罐中重组菌M.neoaurum JC-12/pMTac-ksdd的ADD产量达到10.28 g/L。结果表明,构建的新型表达载体pMTac适用于在M.neoaurum JC-12中加强表达关键酶KSDD,而且在M.neoaurum JC-12中过量表达KSDD有助于ADD产量的提高,为目前报道的发酵法利用新金色分枝杆菌降解植物甾醇合成ADD的最高水平。     

固定化简单节杆菌细胞用于醋酸可的松转化的研究——固定化载体对转化作用的影响

海藻酸钙包埋简单节杆菌细施回收率达89％。将凝胶用磷酸缓冲液溶解后测定活力证明固定化过程对细胞活力没有显著影响,但转化高浓度底物时,有效活力很低。将菌种接八聚丙烯酰胺凝胶后进行培养、活化,制得了高活力的固定化细胞,可用于转化高浓度的底物。测得产物醋酸泼尼松在海藻酸钙和聚丙烯酰胺凝胶中与溶液间的分配系数分别为1．29和 O．69。作者认为产物的亲凝胶性可能是阻碍海藻酸钙凝胶包埋细胞进行转化反应的重要因素。     

分支杆菌Mycobacterium fortuitum HCCB 003△^1-脱氢酶的初步研究

研究了分支杆菌Mycobacterium fortuitum HCCB 003无细胞PBS抽提液对底物4AD和ADD的转化,发现该菌株中同时存在△^1-脱氢酶和△^1-还原酶,但前者的催化活性远高于后者。同时研究了不同温度及有关金属离子对△^1-脱氢酶活力的影响,发现28℃为该酶的最适温度,以及一定浓度的Fe^2 、Mn^2 、Zn^2 、和Ca^2 对该酶具有激活作用。     

甾体微生物转化反应关键酶3-甾酮-Δ1-脱氢酶的研究进展

3-甾酮-Δ~1-脱氢酶是甾体化合物微生物代谢的关键酶,负责催化3-酮基类甾体化合物A环上的C1,2位脱氢反应。其不仅在甾体母核的早期降解途径中发挥重要作用,而且能通过A环C1,2位上双键的导入显著提高甾体化合物的生理活性。本文详细阐述了3-甾酮-Δ~1-脱氢酶在微生物中的种属分布和序列特征、酶的生物学特性、生理作用、催化机理以及分子改造等,为深入研究该酶在甾体生物转化领域中的应用提供重要参考。     

固定化原生质体产谷氨酸脱氢酶的研究

本文报道了用海藻酸钙凝胶包埋法制备固定化谷氨酸捧杆菌T6—13原生质体及其用于生产谷氨酸脱氢酶(GDH,E．C．1．4．1．4)的研究。在一定条件下游离细胞和固定化细胞胞内可积累谷氨酸脱氢酶,但并不分泌到胞外。对数生长前期的细胞经蛋清溶菌酶处理14h后分离得到原生质体,游离原生质体和固定化原生质体可产胞外GDH。用3％海藻酸钙凝胶包埋10%的原生质体制备的固定化原生质体具有较高的产酶性,分批培养72h后发酵液中GDH活力可达到1．64×10^-2u／ml,为游离细胞胞内产酶的205％。固定化原生质体可用溶菌酶处理固定化细胞而制得,与直接固定化原生质体制备的固定化原生质体具有同样的产酶能力,且制备方便。固定化原生质体可重复使用6批次(约18天),且具有良好的贮藏稳定性。     

3-甾酮-1-脱氢酶基因在大肠杆菌中的表达及甾体转化研究

将简单节杆菌3-甾酮-1-脱氢酶基因(ksdD)克隆到大肠杆菌表达载体pET-22b( )上,构建重组质粒pET-ksdD,利用IPTG诱导酶在大肠杆菌BL21(DE3)中的表达,4h后取样,分别对超声破碎后的上清和沉淀进行SDSPAGE和酶活分析,结果表明表达出的3-甾酮-1-脱氢酶的分子量大约为56kD,超声破碎后的细胞破碎液对4-AD的转化率较简单节杆菌提高了近10倍.     

固定化β淀粉酶的制备及其性质

对β-硫酸酯乙飘基苯胺(SESA)与环氧氯丙烷交联琼脂糖反应,制得对氨基苯砜乙基(ABSE)交联琼脂糖,经重氯化后与β-淀粉酶偶联制成固定化酶。研究了载体的苯胺基含量、PH)、巯基乙醇等因素对酶偶联反应的影响。尤其是巯基乙醇的存在,可使固定化酶活力明显提高。固定化酶活力可达120u／ml,活力回收为38％,相对活力为45％。固定化β-淀粉酶的最适pH和最遗温度与自然酶相似,以可溶性淀粉为底物时,固定化酶的米氏常数是自然酶(Km=0．0057(％))的8倍。将固定化酶装柱,连续水解可溶性淀粉,在45℃下连续操作;50天后,酶活力未见下降,在50℃下28天后,还保留活力50%左右。     

3-甾酮-Δ1-脱氢酶突变体文库高通量筛选方法的建立

[目的]建立一种快速、高通量筛选3-甾酮-Δ¹-脱氢酶(KstD)突变体库的方法。[方法]基于已发表KstD蛋白晶体结构,设计饱和突变引物,构建突变体文库,优化蛋白表达条件,利用冻融法结合溶菌酶法获得粗酶液;基于分光光度法原理,优化检测反应体系,利用酶标仪检测吸光度的变化来反映酶活力。[结果]利用饱和突变引物成功构建突变体文库,表达KstD最佳条件为：IPTG终浓度0.3 mmol/L,20℃诱导20 h;缓冲液中溶菌酶浓度为0.5 mg/mL时上清目的蛋白含量最高。优化后的酶活检测条件为：Tris-HCl缓冲液50 mmol/L、pH 8.0、0.4 mmol/L DCPIP、1.5 mmol/L PMS、0.7 mmol/L雄烯二酮(4AD)和适量的酶液组成,温度30℃、酶反应时间5 min,于600 nm波长下测定。[结论]成功建立了一种5 min检测96个3-甾酮-Δ¹-脱氢酶(KstD)突变体的高通量筛选方法,重复性变异系数在3%以下。     

尼龙网固定化果胶酶的制备及其性质研究

用尼龙网作载体,经3-二甲氨基丙胺活化,用戊二醛将果胶酶固定化。所得固定化酶Km值与自然酶接近;对温度的稳定性有较大的提高,100℃保温30min才能使其失活。固定化酶在较宽的pH范围内能保持其正常活力,它对金属离子抑制剂的耐受性有较显著的提高,用0.5％果胶溶液作底物,重复使用10次后酶活力保留44％。固定化果胶酶与自然酶相比较,对不同果汁的澄清效果不同。固定化果胶酶在无保护剂存在的条件下,室温放置四个月活力不减少。     

棒状杆菌固定化细胞生产L(+)-酒石酸

以卡拉胶为载体,固定化棒状杆菌(Corynebacterium sp.)JZ1菌株细胞,再经活化处理,顺式环氧琥珀酸水解酶(ESH)酶活力总回收率在100%以上。摇瓶反应10批,酶活力没有明显降低。1500L酶柱中连续运行90d,酶稳定性很好。固定化后酶反应的最适温度(45℃)和最适pH(90)没有改变,而热稳定性、pH稳定性增强     

△6-脂肪酸脱氢酶的分子生物学研究进展

包括γ-亚麻酸在内的多不饱和脂肪酸由于在人类健康中的重要作用而成为有价值的产品,目前市场上对γ-亚麻酸的需求持续增长,然而当前来源难以满足市场的需求,寻找合适的替代来源将有助于解决这一问题。△^6-脂肪酸脱氢酶是多不饱和脂肪酸合成途径中的限速酶,这里从△^6-脂肪酸脱氢酶的基因克隆、结构和功能的研究、系统进化和基因工程应用等方面探讨了△^6-脂肪酸脱氢酶的研究进展。     

固定化过氧化物酶丝素膜的制备及其性质

家蚕丝素经高浓度的中性盐氯化钙溶解后,制成了固定化过氧化物酶丝素膜,对这种酶膜的活性和理化特性作了分析,结果表明这种酶膜的活性高,酶促反应温度范围宽,最适pH5.0-7.0,热稳定性也较游离酶好,这与用溴化锂溶解丝素后制成的固定化过氧化物酶膜相仿.因此,用这种方法制成的丝素膜同样是一种良好的固定化酶的生物材料.