大连医科大学基因工程研究所、＇机能实验室，大连116027 β-葡萄糖苷酶在工农医领域的应用

β-葡萄糖苷酶能够水解多种β-葡萄糖苷。它与其他纤维素酶共同作用,可以将自然界中含量丰富的纤维素水解成人类可以直接利用的能源物质——葡萄糖;β-葡萄糖苷酶在医学上也有重要的应用,它可用于一些肿瘤疾病的诊断和治疗。人缺乏β-葡萄糖苷酶,可以引起葡萄糖苷-N-脂酰鞘氨醇在巨噬细胞溶酶体内积累,引发戈谢病(Gaucherdisease)。     

产β-葡萄糖苷酶微生物育种研究进展

β-葡萄糖苷酶在纤维素降解方面有着重要的作用,可以把纤维二糖水解成葡萄糖。对产β-葡萄糖苷酶微生物的育种进行了概述,包括自然选育、诱变育种、原生质体育种和基因工程育种等。目前,通过基因工程手段构建工程菌或通过蛋白质工程手段改造酶蛋白,以获得高活性的β-葡萄糖苷酶已成为研究的热点。     

利用黑曲霉β-葡萄糖苷酶催化香兰素葡萄糖苷水解

本文通过在香兰素葡萄糖苷溶液中加入黑曲霉菌种发酵制取的β-葡萄糖苷酶,进行酶促反应实验,定时取样进行高效液相分析检测,结果表明在反应过程中,溶液中香兰素葡萄糖苷的含量呈逐步下降趋势,香兰素的量呈逐步增加趋势;而在没有加β-葡萄糖苷酶的对照实验中,整个反应过程中香兰素葡萄糖苷的含量基本没有出现什么变化,在反应液中也没有检测到香兰素,这说明黑曲霉β-葡萄糖苷酶能够催化香兰素葡萄糖苷分解为香兰素的反应.     

黑曲霉β-葡萄糖苷酶的催化性质

通过测定黑曲霉β-葡萄糖苷酶的底物特异性,表明该酶不仅能水解纤维二糖和对硝基苯-β-D葡萄糖苷,还能微弱地水解对硝基苯-β-D-半乳糖苷和β-D-木糖苷。Ag~+、Cu~(2+)和Hg~(2+)对该酶有较强的抑制作用。该酶水解对硝基苯-β-D-葡萄糖苷、水杨苷和纤维二糖的Km值分别为2.32、19.11和30.18mmol/L,V_(max)则分别为412、237和198μmol·min~(-1)·mg~(-1),Lineweaver-Burk作图法表明,D-葡萄糖和δ-葡萄糖酸内酯对该酶显示竞争性抑制作用,其Ki分别为5.17和1.31mmol/L。     

耐糖β-葡萄糖苷酶基因的挖掘、突变及应用研究进展

降低木质纤维素生物炼制的用酶成本,对推动木质纤维素的绿色利用至关重要。作为纤维素水解过程中的限速酶,β-葡萄糖苷酶酶解活性受高浓度葡萄糖的胁迫抑制。目前,挖掘和突变耐糖β-葡萄糖苷酶的基因是解决这一问题的重要策略。本综述总结了近年来在耐糖β-葡萄糖苷酶基因的挖掘、酶耐糖分子机制的分析、旨在提高酶耐糖性能的酶基因突变以及基于β-葡萄糖苷酶基因的微生物菌株基因工程改造等方面所取得的进展,并进行了展望。本综述为构建高产耐糖β-葡萄糖苷酶的基因工程菌株提供参考,这对推动木质纤维素生物炼制工业化进程具有重要意义。     

一株β-葡萄糖苷酶产生菌株的分离鉴定及酶学性质研究

【目的】分离获得β-葡萄糖苷酶高产菌株,确定该菌分类地位,并对其所产β-葡萄糖苷酶的酶学性质进行初步研究。【方法】采用七叶灵显色法从土壤样品中筛选β-葡萄糖苷酶产生菌,再用对硝基苯基-β-D-吡喃葡萄糖苷(PNPG)显色法进行复筛;通过形态特征、生理生化特征及16S rDNA序列相似性分析等方法确定其分类学地位;利用超滤、疏水层析、阴离子层析、分子筛层析法对β-葡萄糖苷酶进行分离纯化;以PNPG为底物,测定β-葡萄糖苷酶的最适反应pH及最适反应温度,通过双倒数作图法确定β-葡萄糖苷酶催化不同底物水解的米氏常数Km值。【结果】从土壤样品中筛选得到一株β-葡萄糖苷酶高产菌株ZF-6C,初步鉴定为Bacillus korlensis;芽胞杆菌ZF-6C所产β-葡萄糖苷酶的分子量约为90 kD,最适反应pH和温度分别为7.0和40°C,该酶具有水解β(1,4)糖苷键的活性,最适底物为邻硝基苯-β-D-吡喃葡萄糖苷,Km值为0.73 mmol/L。金属离子Ca2+、Pb2+增强酶活,而Cu2+、Fe2+抑制酶活。【结论】首次报道从Bacillus korlensis中分离得到β-葡萄糖苷酶,Bacillus korlensis ZF-6C所产β-葡萄糖苷酶在分子量、最适反应条件及底物特异性等方面均不同于已知酶,可能为一结构新颖且催化效率较高的β-葡萄糖苷酶。     

用毕赤酵母表达理氏木霉的β-葡萄糖苷酶基因

目的:为提高β-葡萄糖苷酶的产量,用毕赤酵母取代理氏木霉用于生产,以弥补理氏木霉在大规模生产中的缺陷。方法:用套叠PCR法从理氏木霉基因组中扩增β-葡萄糖苷酶基因(bglⅠ)。用T4DNA连接酶和限制性DNA内酶将bglⅠ重组于P.pastoris表达载体pPIC9K的多克隆位点,获得含bglⅠ的重组表达载体pPIC9K-bglⅠ。通过电转法将其pPIC9K-bglⅠ载体转化于P.pastoris基因组,筛选高G418抗性以及高表达bglⅠ酶的重组子作为工程菌。结果:用BMGY-BMMY培养基体系,在摇瓶中发酵48 h,表达BglⅠ30 mg/L,在P.pastoris中表达的BglⅠ能水解对硝基苯-β-D-葡萄糖苷具有β-葡萄糖苷酶活性。其酶活力为56 U/L发酵液。结论:通过这种方法,可以成功地用毕赤酵母表达理氏木霉的β-葡萄糖苷酶基因。     

海藻酸钠固定化β-葡萄糖苷酶的研究

以海藻酸钠为载体,研究了β-葡萄糖苷酶固定方法及其条件,并利用固定化β-葡萄糖苷酶进行了酶解试验。结果表明,采用交联-包埋方式,在海藻酸钠质量分数3．5％、给酶量100U／g载体、戊二醛体积分数1％、氯化钙质量分数2％的条件下固定β-葡萄糖苷酶2h,可以获得较佳的固定化效果。其固定率达到65％,重复分批利用20次仍能保持90％以上的酶解得率。利用固定化β-葡萄糖苷酶连续酶解纤维二糖时,在不同进料速度下有着不同的催化效率,当进料速度为1．5mL／min、1．0mL／min时,酶解得率分别达到96,7％和99．0％;与木霉纤维素酶协同水解纤维素时,在β-葡萄糖苷酶总酶活与滤纸酶活之比为0．5（FPA为2．0U／mL）的条件下,酶解滤纸纤维素和微晶纤维素60h的得率比单独采用木霉纤维素酶分别增加了20．4％和29．3％。研究结果对于解决酶法水解纤维资源得率低、酶使用成本高这一关键问题提供了一种有效的方法。     

差异柠檬酸杆菌GXW-1 β-葡萄糖苷酶的酶学性质及分子改造

【目的】筛选鉴定1株产β-葡萄糖苷酶的菌株,克隆、表达该菌株中的β-葡萄糖苷酶基因,研究重组酶的酶学性质并进行分子改造。【方法】在自然界中采集土样,筛选到1株具有β-葡萄糖苷酶活性的菌株,对野生菌进行16S rDNA鉴定,比对分析Gen Bank数据库中与野生菌同属的β-葡萄糖苷酶基因序列,设计简并引物PCR扩增基因保守区;设计引物扩增目的基因,以pQE30为表达载体构建重组质粒,转化至大肠杆菌中进行诱导表达;采用镍亲和层析对重组酶进行纯化,研究其酶学性质;采用易错PCR和定点随机突变相结合的方法对野生型β-葡萄糖苷酶进行分子改造。【结果】一个来自于差异柠檬酸杆菌GXW-1的β-葡萄糖苷酶基因被克隆并在大肠杆菌中表达。酶学性质研究结果表明该β-葡萄糖苷酶CBGL的最适温度为45°C,最适p H为6.0,V_(max)值是(0.1704±0.0073)μmol/(mg·min),K_(cat)值为(0.2380±0.0102)/s。CBGL能水解α-pNPG、甜菊苷、黄豆苷和染料木苷。对野生酶进行分子改造,获得V_(max)是野生酶2.54倍的突变体W147F。【结论】CBGL不仅具有β-1,4-糖苷键水解能力,还可能具有一定的α-糖苷键水解酶活性。此外,CBGL还能够水解天然底物甜菊苷、黄豆苷和染料木苷。这些特性表明该β-葡萄糖苷酶在理论研究及在工业中有一定的应用价值。     

补料发酵法制备β-葡萄糖苷酶的研究

研究了黑曲霉制备β-葡萄糖苷酶液态发酵过程中添加麸皮和纤维二糖的补料工艺.补料量及补料次数影响着β-葡萄糖苷酶的分泌.经过四次补加1%菌麸皮干粉,发酵液中β-葡萄糖苷酶活力由未补料的1.72 U/mL增加到5.07 U/mL,提高了近3倍.而且,添加麸皮浸提液能达到同样效果.采用分批补料工艺产酶时,初始浓度为3%的麸皮用量比较适宜,其蛋白含量和β-葡萄糖苷酶的活力均为最高,分别达到0.69nag,/mL和7.00 U/mL.在补料总量和补料次数相同的情况下,以递减方式补料效果最好,产酶达7.34 U/mL.补加纤维二糖对β-葡萄糖苷酶的分泌具有一定的诱导作用,在接种培养48h时补加0.2%纤维二糖比较适宜.研究表明,分批补料发酵有利于黑曲霉分泌β-葡萄糖苷酶,是一种很好的提高酶产量的方法.     

嗜热淀粉芽孢杆菌来源β-葡萄糖苷酶的重组表达与酶学性质

【背景】β-葡萄糖苷酶(EC 3.2.1.21,β-glucosidase),是纤维素分解酶系中的重要组成部分,目前工业上应用的β-葡萄糖苷酶多数来源于植物和真菌,来源于细菌的较少,且应用中还存在酶活力偏低、热稳定性差、反应条件适用范围窄、酶活力易受产物反馈抑制等问题,增加了经济成本。嗜热微生物具有特殊的遗传信息资源,极有可能从中挖掘到酶学性质优良的新型β-葡萄糖苷酶,从而解决工业难题。【目的】从嗜热淀粉芽孢杆菌(Bacillus thermoamylovorans)基因组中挖掘新型β-葡萄糖苷酶基因,通过基因重组、异源表达和蛋白纯化技术制备新型β-葡萄糖苷酶,并探究其酶学性质,为新型β-葡萄糖苷酶在纤维素水解等领域的应用奠定基础。【方法】人工合成新型β-葡萄糖苷酶基因bgl52,构建重组表达质粒pET22b-bgl52,并用电脉冲法转化到大肠杆菌BL21(DE3)中实现可溶性表达,利用Ni-NTA亲和层析纯化得到高纯度的β-葡萄糖苷酶Bgl52。【结果】实现重组表达质粒pET22b-bgl52在大肠杆菌BL21(DE3)中的可溶性表达,并获得β-葡萄糖苷酶Bgl52纯蛋白,蛋白分子量...     

pH值对绿色木霉(Trichoderma viride)产纤维素酶的影响

采用微晶纤维素为唯一诱导性碳源,对绿色木霉(Trichoderma viride)在摇瓶发酵过程中控制与不控制pH产纤维素酶进行比较.控制pH时胞外蛋白浓度为0.72 mg/mL比不控制pH时提高43%;FPA、EG、GB和CBH酶活为15.0U/mL,120.0U/mL,1.75U/mL,0.85U/mL分别是不控制pH时的2.1、2.3、11.7和1.7倍.在不同pH下测定纤维素酶液各酶活,表明pH值显著影响纤维素酶各单酶酶活.在pH2.7时,β-葡萄糖苷酶酶活仅为pH4.8时酶活的4%;pH回调试验结果表明β-葡萄糖苷酶对pH敏感,并在催化功能上发生不可逆变化.对纤维素酶液添加分离得到的各单酶,当添加β-葡萄糖苷酶时最多可以提高FPA酶活20%.因此β-葡萄糖苷酶是影响综合酶活的关键酶.通过拉曼光谱检测出β-葡萄糖苷酶在pH5.0有活性状态下,酶蛋白主链结构主要为a-螺旋和无规则卷曲;在pH2.0没有活性状态下,酶蛋白主链结构的无规则卷曲发生较大变化,a-螺旋也受到一定影响.这说明pH对β-葡萄糖苷酶构象的改变是造成其活性变化的主要原因.     

黑曲霉固态发酵制备β-葡萄糖苷酶发酵条件优化

对一株黑曲霉菌固态发酵产β-葡萄糖苷酶的产酶条件进行了优化.通过单因素实验考察了不同碳源、氮源、固液比、诱导剂及产酶时间等6 种因素对产β-葡萄糖苷酶的影响.在单因素的基础上,进行了五因素四水平正交实验.结果表明,在培养基组分中秸秆与麦麸的比例为3:3,固液比为1:3,氮源为3% 硝酸铵,发酵时间为5d,采用CMCNa 作为诱导剂时得到的β-葡萄糖苷酶活力最高,可达40.06 U/g.     

浸麻类芽孢杆菌葡甘露聚糖降解酶的异源表达及功能研究

【目的】克隆表达浸麻类芽孢杆菌(Paenibacillus macerans)的葡甘露聚糖降解酶,研究其性质和功能,丰富葡甘露聚糖降解酶资源,了解浸麻类芽孢杆菌降解葡甘露聚糖机制。【方法】检索浸麻类芽孢杆菌的葡甘露聚糖降解酶基因,构建重组菌株,表达纯化重组酶,系统研究其功能及在降解葡甘露聚糖中的作用。【结果】克隆表达了5个葡甘露聚糖降解酶组分。结果显示PmMan1和PmMan2为内切β-甘露聚糖酶,PmGlc1、PmGlc2和PmGlc3为外切β-葡萄糖苷酶。其中PmGlc1只能水解pNPβGlc,PmGlc2能水解二糖和人参皂苷的β-1,6-葡萄糖苷键,而PmGlc3对β-葡萄糖苷键的选择性较为广泛。PmMan1、PmMan2、PmGlc2和PmGlc3能够降解葡甘露寡糖,PmMan1和PmMan2可以降解葡甘露聚糖。共同降解葡甘露聚糖时,PmGlc2和PmGlc3与PmMan2具有协同效应,且PmGlc3与PmMan2的协同作用更为显著。【结论】从浸麻类芽孢杆菌中获得了4种葡甘露聚糖降解酶,阐明了该菌葡甘露聚糖降解酶系成员的作用,丰富了酶资源和理论研究成果的同时,为酶法制备活性葡甘露寡糖提供了有效工具。     

酶法制备荷叶黄酮苷元的研究

利用微生物产生的β-葡萄糖苷酶水解荷叶黄酮苷成苷元型黄酮,可以提高黄酮的生物活性.本文通过单因素和正交试验考察了pH值、温度和酶/底物比对酶解效率的影响,并运用HPLC-MS对酶解前后的产物进行了分析.结果表明:pH值为4.5,温度为45℃,酶/底物为3:1时酶解效率最高.在此条件下,25 mL荷叶黄酮苷在6.5 h可以酶解完全.LC-MS分析表明酶解产物中槲皮素含量达到75.34%,其它苷元型黄酮含量比较低.     

浸麻类芽孢杆菌葡甘露聚糖降解酶的异源表达及功能研究

【目的】克隆表达浸麻类芽孢杆菌(Paenibacillus macerans)的葡甘露聚糖降解酶,研究其性质和功能,丰富葡甘露聚糖降解酶资源,了解浸麻类芽孢杆菌降解葡甘露聚糖机制。【方法】检索浸麻类芽孢杆菌的葡甘露聚糖降解酶基因,构建重组菌株,表达纯化重组酶,系统研究其功能及在降解葡甘露聚糖中的作用。【结果】克隆表达了5个葡甘露聚糖降解酶组分。结果显示Pm Man1和Pm Man2为内切β-甘露聚糖酶,Pm Glc1、Pm Glc2和Pm Glc3为外切β-葡萄糖苷酶。其中Pm Glc1只能水解p NPβGlc,Pm Glc2能水解二糖和人参皂苷的β-1,6-葡萄糖苷键,而Pm Glc3对β-葡萄糖苷键的选择性较为广泛。Pm Man1、Pm Man2、Pm Glc2和Pm Glc3能够降解葡甘露寡糖,Pm Man1和Pm Man2可以降解葡甘露聚糖。共同降解葡甘露聚糖时,Pm Glc2和Pm Glc3与Pm Man2具有协同效应,且Pm Glc3与Pm Man2的协同作用更为显著。【结论】从浸麻类芽孢杆菌中获得了4种葡甘露聚糖降解酶,阐明了该菌葡甘露聚糖降解酶系成员的作用,丰富了酶资源...     

黑曲霉β-葡萄糖苷酶的酶学特性研究

研究黑曲霉β-葡萄糖苷酶的酶学特性,采用酶学研究方法,通过硫酸铵沉淀、Sephadex G-25脱盐和Sephadex G-100纯化了β-葡萄糖苷酶,并进行了黑曲霉β-葡萄糖苷酶的最适反应温度、最适pH、热稳定性、pH稳定性及米氏常数等特性研究,采用SDS-PAGE凝胶电泳测定了分子量。研究表明,β-葡萄糖苷酶的最适反应温度为70℃、最适反应pH为4.5;在40、50和60℃下较稳定,80℃以上稳定性差;β-葡萄糖苷酶在pH为3、7、8、9的缓冲液中的稳定性很差,在pH为4、5、6的缓冲液中稳定性较好,其中在pH为5时,稳定性最好;酶的Km=41.67 mmol/L,Vmax=23.81 U/L;其分子量为65.2 ku。β-葡萄糖苷酶在饲料工业具有良好的应用前景。     

葡枝根霉TP-02cDNA文库中两种新的β-葡萄糖苷酶基因的克隆及其在毕赤酵母中的表达

从具有良好降解纤维素能力的葡枝根霉TP-02的cDNA文库中筛选获得两个新的β-葡萄糖苷酶基因bgl1和bgl2,并在毕赤酵母中高效表达.阳性克隆在MM培养基中发酵84 h和1%的甲醇的诱导的情况下,产生的β-葡萄糖苷酶酶活达到峰值分别为8.2 IU/mL 和9.9 IU/mL,分别较原菌株葡枝根霉的β-葡萄糖苷酶酶活...     

β-葡萄糖苷酶产生菌的筛选及其所产纤维素酶酶系组成分析

从木霉属、曲霉属、担子菌等17种试验菌株中筛选出一株产β-葡萄糖苷酶活性较高的黑曲霉A.niger-nl-1。该菌株在适宜的培养条件下,β-葡萄糖苷酶的最高活力达到4.7U/mL,适宜的产酶周期为4d。制备的β-葡萄糖苷酶最适反应温度为55℃、最适反应pH为5.0。该菌株除能产生β-葡萄糖苷酶外,还能产生内切葡聚糖酶和外切葡聚糖酶,滤纸酶活达到0.62IU/mL。     

产β-葡萄糖苷酶的菌种的筛选,鉴定及其酶学特性

β-葡萄糖苷酶来源广泛,几乎存在于所有的生物体中,而不同来源的β-葡萄糖苷酶其性质也各不同.本文利用七叶苷分离培养基从土样中分离筛选出产6种β-葡萄糖苷酶时间较快的菌种,其中发现菌种WGEA1酶活性较高,随后对菌种WGEA1进行初步的鉴定并且采用DNS法测该菌株所产粗酶液的酶学特性.酶学特性表明,WGEA1产的β-葡萄糖苷酶最适温度是在50~55℃之间,最适pH在6~7之间;在低于50℃条件下,pH为5~8时,酶活较稳定,同时在最适反应时间30 min下,金属离子和有机溶剂都对酶活性影响很大,这些发现都为在非水相体系中酶法合成烷基糖苷奠定了一定的基础.