定向进化-易错PCR方法提高华根霉Rhizopus chinensis CCTCC M201021脂肪酶的活力

运用定向进化-易错PCR的方法,提高了华根霉Rhizopus chinensis CCTCC M201021脂肪酶的活力。经过两轮易错PCR和pNPP顶层琼脂法筛选,从第一轮和第二轮突变库中分别筛选获得最佳突变株1-11和2-28,脂肪酶酶活与野生菌株相比分别提高2倍和4倍。基因比对结果表明,突变脂肪酶2-28有4个氨基酸发生了突变:A129S、K161R、A230T、K322R。蛋白质分子空间结构模拟显示,突变A129S、K161R、A230T位于脂肪酶分子表面。突变A230T增强了α-螺旋盖结构的稳定性。突变K322R处在loop上,靠近脂肪酶底物结合区域,与邻近的Asp(带负电)形成盐桥。静电引力将该loop向底物进入酶活性中心的通道口反方向牵引,使底物分子更易进入酶活性中心。酶学性质研究表明,突变株2-28脂肪酶的Km值比出发菌株下降了10%,Kcat值提高为原来的2.75倍。     

理性设计二硫键提高华根霉脂肪酶热稳定性

【背景】华根霉脂肪酶的工业应用前景广泛,但是受到酶热稳定性较差的限制。【目的】对华根霉Rhizopus chinensis CCTCC M201021脂肪酶r27RCL分子结构进行理性设计,以提高该酶热稳定性。【方法】以Disulfide by design软件筛选r27RCL分子表面能够形成二硫键的突变位点,共得到7对二硫键突变。利用全质粒PCR进行定点突变,并在毕赤酵母中表达获得突变酶。【结果】最佳突变酶m9/10 (S85C-Q145C)与野生型酶r27RCL相比,60°C下的半衰期分别提高了4.5倍,T_m值提高了4.2°C,而催化活性保持不变。蛋白质晶体结构模拟显示,位于β2折叠上的85C和位于α4螺旋上的145C可形成二硫键,从而提高酶的热稳定性。【结论】酶分子中引入新增二硫键可以显著提升酶的热稳定性。     

基因拷贝数和甲醇浓度对重组毕赤酵母产华根霉脂肪酶的影响

将华根霉脂肪酶基因克隆到甲基营养型毕赤酵母中表达,以甲醇利用快型菌株为宿主,在7 L发酵罐水平对脂肪酶基因拷贝数分别为3、5、6的3株基因重组菌——XY RCL-3、XY RCL-5、XY RCL-6进行高密度发酵调控,同时研究了甲醇浓度对表达华根霉脂肪酶的影响。结果表明,XY RCL-5在相同条件下发酵产酶能力高于XY RCL-6和XY RCL-3,最适甲醇诱导浓度控制在0.1%±0.02%时,酶活可达到12 500 U/mL,菌体干重达到204 g/L,蛋白浓度也能达到8.02 g/L。     

易错PCR法提高土芽孢杆菌ZH1羧酸酯酶的热稳定性

摘要:【目的】对土芽孢杆菌(Geobacillus sp.) ZH1的羧酸酯酶基因进行定向进化,筛选得到酶热稳定性提高的突变酶。【方法】利用易错PCR技术向羧酸酯酶基因中随机引入突变,建立酶基因突变文库,筛选获得热稳定性提高的突变体,并对突变酶进行诱导表达、纯化及部分酶学性质研究。【结果】通过筛选,获得羧酸酯酶热稳定性提高的突变菌株65。序列分析表明,突变酯酶65有2个氨基酸发生了改变,包括T113S和M160K。突变酶的三维结构模拟显示,突变T113S位于酶分子的第5个β-折叠上;突变M160K处在酶分子第5个和第6个α-螺旋之间的环结构上,位于酶分子表面,突变后的Lys160与邻近的Thr162形成一个额外氢键。在90 ℃下,突变酶65和亲本酶的半衰期分别为3.1 h 和1.9 h,表明筛选到的突变酶65比亲本酶的热稳定性好。【结论】基于易错PCR技术对Geobacillus sp．ZH1羧酸酯酶的热稳定性进行了定向进化,对改善酶的性质、扩大酯酶的应用范围,以及研究酯酶的结构与功能的关系具有重要意义。     

华根霉产脂肪酶发酵培养基的研究

我对摇瓶培养基存在的豆饼粉含量较高,发酵过程中产生大量泡沫,放大困难的问题,在用华根霉发酵生产脂肪酶中,以豆饼粉－蛋白胨培养基为出发培养基,经优化后的培养基组成为：工业蛋白胨６％,豆饼粉２％,卵磷脂１％,葡萄糖１％,磷酸氢二 酸镁０．０５％。与优化前相比,不仅减少了发酵过程中产生的泡沫,有利于大罐发罐,而且减少了豆饼粉残留,酶活提高１０％。     

华根霉胞内脂肪酶同功酶酶学性质研究

华根霉(Rhizopus chinensis CCTCCM201021)细胞破碎液经硫酸铵分级盐析、Phenyl-Sepharose FF疏水层析、DEAE-Sepharose FF离子交换层析和Sephadex G100凝胶层析得到两种脂肪酶同功酶:Lip1和Lip2。SDS-PAGE显示其亚基分子量分别为59.2kD和39.4kD。Lip1和Lip2的最适反应pH和最适反应温度相近,分别为8.0、8.5和40℃、35℃。但底物专一性差异明显:Lip1对pNP脂肪酸酯的长链脂肪酸有较高的专一性,Lip2对pNP脂肪酸酯的短链脂肪酸专一性较好;Lip1对三油酸甘油酯表现1,3-位置特异性,而Lip2没有位置选择性。1mmol/L的Ca2 、Mg2 对Lip1、Lip2有较好的激活作用;SDS强烈抑制酶活力。Lip1、Lip2在环己烷、正己烷、正庚烷和异辛烷(30%V/V)中稳定性良好。     

D190V点突变提高华根霉Rhizopus chinensis CCTCC M201021脂肪酶的最适温度和热稳定性

【目的】对来源于Rhizopus chinensis CCTCC M201021的脂肪酶进行了D190V定点突变, 提高该酶的最适温度和热稳定性。【方法】对毕赤酵母表达的突变酶D190V与野生型酶r27RCL进行酶学性质比较。【结果】D190V的最适温度比r27RCL高5 °C, 65 °C下的半衰期提高了一倍, 在其他性质方面, 突变酶D190V与r27RCL基本相似。【结论】通过结构分析表明, 定点突变D190V提高该酶稳定性的主要原因可能在于提高了突变位点所在的α螺旋的稳定性以及增强了稳定蛋白质结构的氢键作用力。     

基于易错PCR技术的短小芽孢杆菌YZ02脂肪酶基因BpL的定向进化

利用易错PCR技术对短小芽胞杆菌(Bacillus pumilus)YZ02脂肪酶基因BpL进行两轮定向进化研究, 分别获得最佳突变株BpL1-7和BpL2-1369, 其脂肪酶活力比出发酶分别提高了2倍和6倍。序列分析表明, 突变体BpL2-1369有4个碱基发生了突变: T61C/C147T/A334G/T371A, 其中有3个碱基突变导致了氨基酸的改变。通过SWISS-MODEL数据库模拟脂肪酶的结构显示, 3个突变氨基酸分别位于第1个a螺旋的第3个氨基酸、第4和第5个b折叠之间的转角以及第5个b折叠的第1个氨基酸位置。将野生型脂肪酶基因BpL和进化后的基因BpL2-1369的高效表达产物经Ni-Agarose柱和Sephadex-G75纯化后, 酶学性质测定表明: 突变脂肪酶的比活力比野生型脂肪酶提高了1.31倍, Km值由8.24 mmol/L降低至7.17 mmol/L; 在pH>8.0时的稳定性较野生型脂肪酶有所提高。     

基于易错PCR技术的短小芽孢杆菌YZ02脂肪酶基因BpL的定向进化

利用易错PCR技术对短小芽胞杆菌(Bacillus pumilus)YZ02脂肪酶基因BpL进行两轮定向进化研究, 分别获得最佳突变株BpL1-7和BpL2-1369, 其脂肪酶活力比出发酶分别提高了2倍和6倍。序列分析表明, 突变体BpL2-1369有4个碱基发生了突变: T61C/C147T/A334G/T371A, 其中有3个碱基突变导致了氨基酸的改变。通过SWISS-MODEL数据库模拟脂肪酶的结构显示, 3个突变氨基酸分别位于第1个a螺旋的第3个氨基酸、第4和第5个b折叠之间的转角以及第5个b折叠的第1个氨基酸位置。将野生型脂肪酶基因BpL和进化后的基因BpL2-1369的高效表达产物经Ni-Agarose柱和Sephadex-G75纯化后, 酶学性质测定表明: 突变脂肪酶的比活力比野生型脂肪酶提高了1.31倍, Km值由8.24 mmol/L降低至7.17 mmol/L; 在pH>8.0时的稳定性较野生型脂肪酶有所提高。     

基于易错PCR技术的黏质沙雷氏菌脂肪酶基因LipA的定向进化

利用易错PCR技术对黏质沙雷氏菌脂肪酶基因LipA进行定向进化,经过筛选最终获得一个比活力比野生酶提高了425 U/mg的突变体ep1,测序分析ep1有5个氨基酸发生了突变,与野生酶相比ep1的最适pH值由原来的8.5降低为7.5,Tm值提高3℃,Km值由原来的40 mg/mL降低为12.5 mg/mL.对其三维结构进行分析,推测酶学性质的改变可能与处在活性中心右前方双螺旋发卡结构上的158A、和处在下部β卷曲折叠拐角处的S375G的突变有关.     

诱导温度调控华根霉(Rhizopus chinensis)前导肽脂肪酶的表达及稳定性研究

比较了7 L发酵罐中不同诱导温度对华根霉前导肽脂肪酶在巴斯德毕赤酵母(Pichia pastoris)中表达水平和稳定性的影响。通过实验表明在28℃条件下,最大酶活可以达到1412.5 U/mL,是30℃条件下的2.3倍,25℃条件下的1.3倍;而其产率可以达到12811 U/L·h~(-1),比产率达到82.6 U/g_(DCW)·h~(-1)。同时,在实验过程中发现诱导温度对目的蛋白的降解和聚合有重要的影响。通过对蛋白酶活性的测定和还原SDS-PAGE证实随着诱导温度的提高,蛋白酶活性急剧上升,从而导致由前导肽(37 kD)降解为成熟肽(30 kD)的降解作用的加剧。此现象在30℃条件下最为明显,在诱导84 h时前导肽已经全部降解为成熟肽。另外,通过非还原SDS-PAGE和分析表明随着诱导温度的提高也导致了二聚体的含量也逐渐增加。     

基于易错PCR的黄曲霉毒素解毒酶体外分子定向进化

运用定向进化-易错PCR方法,提高黄曲霉毒素解毒酶的活力及稳定性,并结合辣根过氧化物酶 (HRP)-隐性亮绿 (RBG) 快速高通量筛选系统,构建了库容约为104的突变体库。经过两轮易错PCR,最终分别获得了耐高温70 ℃突变酶A1773、pH 4.0稳定性的突变酶A1476,pH 4.0和pH 7.5均表现稳定性的突变酶A2863,其酶活力比野生酶分别提高了6.5倍、21倍和12.6倍。经序列分析表明,发现突变酶A1773发生了Glu127Lys和Gln613Arg突变;突变酶A2863发生了Gly73     

华根霉脂肪酶有机相合成酶活的研究

通过比较7种微生物脂肪酶的有机相合成酶活、水相水解酶活及在正庚烷中催化己酸乙酯合成的能力,证明了合成酶活与水解酶活相关性不高,合成酶活比水解酶活更能反映脂肪酶的合成能力。通过比较两株华根霉(Rhizopus chinensis)脂肪酶酶活,发现合成酶活相差较大,表明相同种属微生物的脂肪酶合成酶活存在不同。对．Rhizopus chinensis-2液态发酵产脂肪酶进程研究发现,水解酶活高峰先于合成酶活高峰大约12h。将不同培养时间的Rhizopus chinensis-2全细胞脂肪酶用于催化己酸乙酯合成,具有高合成酶活的全细胞脂肪酶催化己酸乙酯合成反应较快。因此,全细胞脂肪酶用于催化有机相酯合成反应时,具有高脂肪酶合成酶活的菌体具有较好的催化酯合成能力。     

少根根霉(Rhizopus arrhizus)脂肪酶基因在毕赤酵母中的分泌表达

利用PCR技术从少根根霉中扩增出脂肪酶基因(包括前导序列和成熟肽),并将其连接到酵母分泌表达载体pPIC9K中,转化毕赤酵母GS115。利用抗生素G418从重组阳性克隆中筛选得到高拷贝的转化子。在5 L的发酵罐中,当碳源耗尽后开始流加甲醇诱导脂肪酶的表达,经过96 h培养后发酵液上清液中重组脂肪酶(rRAL)的表达量约为90 mg/L。rRAL经过超滤,SP-Sepharose离子交换层析和Butyl-Sepharose疏水层析纯化。纯化后的蛋白在SDS-PAGE上为单一条带,表观分子量为32 kDa,比酶活为1 543 U/mg。N-端序列分析表明rRAL是经过加工后的产物。同时没有发现全长的Rhizopus arrhizus脂肪酶(RAL)被分泌表达。