海藻糖微生物酶法合成机制的研究*

来源于嗜酸热古菌芝田硫化叶菌 (Sulfolobusshibatae)B1 2的麦芽寡糖基海藻糖合酶(MTSase)和麦芽寡糖基海藻糖海藻糖水解酶 (MTHase)基因在大肠杆菌中获得表达。将获得纯化的两个酶 ,分别以麦芽寡糖和淀粉为转化底物 ,在pH5 5 ,6 0℃条件下合成海藻糖。从反应产物分析结果可知 ,两个酶合成海藻糖时能利用的最小底物是麦芽四糖 ,海藻糖产率与麦芽寡糖链长正相关。同时还发现两个酶都具有轻微的α 1 ,4 葡萄糖苷酶活性 ,能在麦芽寡糖还原末端水解α 1 ,4糖苷键     

海藻糖微生物酶法合成机制的研究

来源于嗜酸热古菌芝田硫化叶菌(Sulfolobus shibatae)B12的麦芽寡糖基海藻糖合酶(MTSase)和麦芽寡糖基海藻糖海藻糖水解酶(MTHase)基因在大肠杆菌中获得表达。将获得纯化的两个酶,分别以麦芽寡糖和淀粉为转化底物,在pH5.5,60℃条件下合成海藻糖。从反应产物分析结果可知,两个酶合成海藻糖时能利用的最小底物是麦芽四糖,海藻糖产率与麦芽寡糖链长正相关。同时还发现两个酶都具有轻微的α-1,4-葡萄糖苷酶活性,能在麦芽寡糖还原末端水解α-1,4糖苷键,生成葡萄糖分子,其反应最小底物分别是麦芽三糖和四糖。推测海藻糖合成酶可能有两个不同的催化活性中心。     

合成海藻糖的新型非磷酸化酶

九十年代中期以后非磷酸化合成海藻糖的新酶系列及相关微生物(多为极端微生物)被发现,不同菌株纯化得到的新酶虽在专一性及酶特性方面存在差异,但均为非磷酸化酶。基因测序及同源性分析表明这些新酶与淀粉酶家族具有很强的同源性。一些文献报道了这些新酶合成海藻糖的作用机制,基本证实酶Ⅰ(MTSase、GTase和TSase)的分子内转糖基作用及酶Ⅱ(MTHase和Amylase)对麦芽寡糖基海藻糖的专一性内切作用,但这些新酶的作用机制仍需深入研究。     

定向进化提高来源于Arthrobacter ramosus的MTHase的热稳定性

麦芽寡糖基海藻糖水解酶(mahosyhrehalose hydrolase,MTHase)是以淀粉或麦芽糊精为底物制备海藻糖的关键酶之一.来源于Arthrobacter ramosus的MTHase,表达量好,比活高,但热稳定性差,限制了其工业化应用.采用定向进化技术,筛选得到L137M和A216T两个突变体,在60℃...     

来源于玫瑰微球菌的麦芽寡糖基海藻糖水解酶基因在大肠杆菌中的融合表达

设计引物克隆玫瑰微球菌QS412中麦芽寡糖基海藻糖水解酶(MTHase)的基因treZ,通过与pET-28a( )载体相连,转化入宿主菌E.coli BL21,进行发酵诱导。通过SDS-PAGE检测到外源基因在大肠杆菌中有很高的MTHase表达量,但大部分都以不溶性包含体形式存在。对菌体超声破碎全菌液检测酶活,结果显示了水解酶酶活。这是来源于微球菌属的麦芽寡糖基海藻糖水解酶首次获得基因克隆和活性表达,为进一步提高酶活、增大海藻糖产量奠定了基础。     

合成海藻糖的新型非磷酸化酶

九十年代中期以后非磷酸化合成海藻糖的新酶系列及相关微生物（多为极端微生物）被发现,不同菌株纯化得到的新酶虽专一性及酶特性方面存在差异,但均为非磷酸化酶。基因测序及同源性分析表明这些新酶与淀粉酶家族具有很强的同源性。一些文献报道了这些新酶合成海菏糖的作用机制,基本证实酶I（MTSase、GTase和TSase）的分子内转糖基作用及酶Ⅱ（MTHase和Amylase)对麦牙寡糖基海藻糖的专一性内切作用,但这些新酶的作用机制仍需深入研究。     

海藻糖生产过程中产酶发酵条件的研究

研究了产酶的培养基组分和比例以及最佳培养条件对微球菌生产麦芽寡糖基海藻糖合成酶(MTSase)和麦芽寡糖基海藻糖海藻糖水解酶(MTHase)的影响,得到最优培养基组成为：葡萄糖2．0％,酵母膏2．0％,蛋白胨1．0％,磷酸氢二钾0．1％,硫酸镁0．05％;优化后的培养条件为：以15％的接种量接种至250mL的锥形瓶中,装液量为50mL,初始pH值7．5～8．5,培养温度为30℃,摇床培养4d。经优化后菌体干重由原来的1．938g／L增加到18．5g／L,生物量几乎增长了10倍;而酶活也由原来的30．64U／g增加到206．11U／g,酶活提高了接近7倍。     

藤黄微球菌海藻糖生物合成基因的克隆与鉴定

首次从一株能利用淀粉产生海藻糖的藤黄微球菌中克隆了海藻糖生物合成基因。采用PCR方法结合非随机鸟枪法得到藤黄微球菌中低聚麦芽糖苷基海藻糖合成酶(MTSase)基因(MtreY)的全序列及低聚麦芽糖苷基海藻糖水解酶(MTHase)基因(MtreZ)的部分序列,其中MtreY共有2,370个碱基,编码789个氨基酸,表达产物分子量为86·7kD。同源性分析表明,与已报道的MTSase和α-淀粉酶家族成员具有相同的保守模体。将MtreY基因在大肠杆菌JM83中表达,证明表达产物具有预期的酶活性。     

嗜酸热硫化叶菌麦芽寡糖基海藻糖合酶基因的克隆和表达

麦芽寡糖基海藻糖合酶( Maltodigosyltrehalose synthase;MTSase)是近年来在一些微生物中发现的新型分子内糖苷转移酶,能将淀粉或淀粉部分水解物(大于3个葡糖基)的糖链还原末端的α-1,4糖苷键转化为α-1,1糖苷键,生成具海藻糖末端结构的产物[1],如下所示: Gn为聚合度n(n＞3)的麦芽寡糖,Gn-2-T为麦芽寡糖基海藻糖,-T为海藻糖基.     

硫矿硫化叶菌MTSase和MTHase基因的克隆与表达

从嗜热硫矿硫化叶菌(Sulfolobussolfataricus)ATCC35092的基因组中用PCR方法扩增得到编码MTSase和MTSase的基因,分别将其插入原核表达载体pTrc99a中,并转入大肠杆菌BL21(DE3),进行诱导表达。MTSase和MTHase酶活产率达到了31.3U/g(wetcell)和403U/g(wetcell)。在75℃,pH5.0条件下,两酶联合作用转化淀粉生产海藻糖,当淀粉浓度为15%,DE值为10时,海藻糖转化率最高为53.6%。     

海藻糖合成酶活性受固定化处理过程影响的研究*

在麦芽糖苷基海藻糖合成酶(MTSase)和麦芽糖苷基海藻糖水解酶(MTHase)双酶的作用下,淀粉可转化为海藻糖,但是其转化率较低。中采用多种固定化载体进行酶固定化研究,发现通过经戊二醛与壳聚糖交联后的载体与酶液作用,可吸附与海藻糖合成无关的杂酶和杂质,从而提高海藻糖合成酶的活性。通过比较固定化过程中与反应条件中多个因素的影响,得到了如下最佳作用条件：将酶液与经3％戊二醛交联18h后的滤纸作用18h,再与10％的淀粉溶液反应9h,与未经固定化作用比较,海藻糖的产率提高10倍,达到27．22g／L转化率从5．33％提升到54．43％。     

玫瑰微球菌中treZ基因在毕赤酵母中的表达研究

首次将玫瑰微球菌中麦芽寡糖基海藻糖水解酶(MTHase)treZ基因序列连接到表达载体pPICZαA中,通过电转化法将构建好的表达载体分别转入巴斯德毕赤酵母GS115和KM71菌株中.利用含有Zeocin的YPD平板筛选到阳性转化子,并经PCR、SDS-PAGE电泳以及Western blot最终验证海藻糖水解酶基因treZ已经整合到巴斯德毕赤酵母的基因组上,并且得到了预期的表达.     

耐热古菌芝田硫化叶菌海藻糖生成相关酶的基因克隆、表达和序列分析

从耐热古菌海藻糖芝田硫化叶菌B12中分别克隆出海藻糖生成相关酶——麦芽寡糖基海藻糖合酶的基因treY和麦芽寡糖基海藻糖基水解酶的基因treZ,测定了其核苷酸序列并进行了表达.其中treY编码的蛋白质有728个氨基酸、分子质量为86 ku;treZ编码的蛋白质有559个氨基酸、分子质量为65 ku.它们与已报道的其他微生物的两个海藻糖生成相关酶的基因进行同源性比较,treY和treZ的同源性分别为93%和76%（硫矿硫化叶菌P2）、97%和95%（硫矿硫化叶菌KM1）、63%和66%（嗜酸热硫化叶菌ATCC33909）、48％和50%（节杆菌Q36）、48%和52%（根瘤菌M11）、50%和52％（短杆菌）.通过PHYLIP软件进行这些基因序列的分类聚类计算,获得这几种微生物间两个酶类的蛋白质系统进化树;经过氨基酸序列比较分析还发现,所有的海藻糖生成相关酶都含有糖苷酶家族13中几个高度保守的α-淀粉酶催化活性区,推测这些海藻糖生成相关酶都可能有着共同的进化来源.     

基于表达元件和宿主优化促地衣芽胞杆菌高效表达L-天冬酰胺酶

L-天冬酰胺酶(L-asparaginase, L-ASN)广泛用于恶性肿瘤治疗及低丙烯酰胺食品生产,然而其较低的表达水平限制了应用推广。异源蛋白表达是提高目标酶表达水平的有效策略,芽胞杆菌广泛用于酶蛋白的高效生产,本研究拟通过表达元件及宿主优化提高芽胞杆菌(Bacillus)中L-天冬酰胺酶产量。首先,筛选了5种信号肽(SP_SacC、SP_AmyL、SP_AprE、SP_YwbN、SP_WapA)用于L-天冬酰胺酶的分泌表达,其中SP_SacC介导下L-天冬酰胺酶分泌效果最好,酶活达到157.61 U/mL。随后,选取了4种芽胞杆菌强启动子(P43、P_ykzA-P43、P_Ubay、P_{bac A}),其中串联启动子P_ykzA-P43介导的L-天冬酰胺酶表达量最高,较对照菌株提高了52.94%。最后,筛选了3种芽胞杆菌表达宿主：地衣芽胞杆菌(Bacillus licheniformi...     

海藻糖合酶的研究进展

海藻糖是一种天然存在的非还原性二糖, 对生物膜和蛋白质等大分子有独特的保护作用, 在食品、医药、化妆品等多个领域中都有广泛的发展空间。海藻糖合酶(TreS)是一类分子内转糖苷酶, 专一性地以麦芽糖为底物, 一步转化生成海藻糖, 操作工艺简单、底物价格低廉、应用前景良好。本文综述了海藻糖合酶的酶学性质、催化机理、基因工程以及目前存在的主要问题和拟解决方案。     

Sulfolobus acidocaldarius ATCC 33909麦芽寡糖基海藻糖合成酶在Bacillus subtilis中的重组表达和发酵优化

为实现Sulfolobus acidocaldarius ATCC 33909来源的麦芽寡糖基海藻糖合成酶(MTSase)基因tre Y在枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)中的重组表达,以质粒p ET-24a(+)-tre Y为模板PCR扩增得到目的基因,并与表达载体pHY300PLK连接,转入表达宿主Bacillus subtilis CCTCC M 2016536中,重组菌在TB培养基中培养48 h后MTSase酶活达到17.5 U/m L;在此基础上对重组菌发酵条件进行优化,通过单因素实验(氮源种类、氮源复配、氮源浓度、碳源种类、葡萄糖浓度、初始pH、诱导温度)和正交实验(氮源浓度、葡萄糖浓度、初始pH、诱导温度)确定其摇瓶发酵产酶的最适培养基和培养条件为:氮源(工业蛋白胨∶棉籽粉=3∶1)48.0 g/L、葡萄糖为10.0 g/L、培养基初始pH为7.0,最适培养温度为30℃;在此条件下,MTSase的酶活可达41.5 U/m L,是优化前的2.4倍。     

嗜热古菌Sulfolobus tokodaii strain 7中麦芽寡糖基海藻糖合酶的酶学性质

【目的】克隆表达嗜热古菌Sulfolobus tokodaii strain 7中的ST0929基因,并测定其酶活性。【方法】根据ST0929基因设计引物进行PCR扩增,将这段基因克隆到p ET-15b质粒上,重组质粒导入大肠杆菌BL21细胞中表达。亲和层析纯化酶蛋白,并测定其酶活性。【结果】SDS-PAGE分析表明其分子量大约为83 k D。酶学性质研究表明该酶的最适温度为75°C,最适p H为5.0,具有很强的热稳定性和p H稳定性。该酶还能对多种金属离子和有机溶剂具有一定的耐受性。底物特异性研究发现该酶能够利用麦芽糊精作底物,而不能利用壳寡糖、麦芽糖等。【结论】通过以上酶学性质的研究,说明这种来源于超嗜热古菌的麦芽寡糖基海藻糖合酶在工业生产海藻糖领域具有一定的应用前景。     

腾冲嗜热杆菌热稳定海藻糖磷酸化酶的基因表达与酶的分子生物学性质研究

分离克隆了腾冲嗜热杆菌(Thermoanaerobacter tengcongensis)海藻糖磷酸化酶(TreP)的编码基因(treP), 该酶可催化以葡萄糖和α-1-磷酸葡萄糖为底物的海藻糖合成反应及其逆向的分解反应. 反向mRNA点杂交实验表明, 腾冲嗜热杆菌中treP基因在高盐胁迫条件下表达量增加, 而在海藻糖诱导条件下表达量降低. 将该基因导入不含TreP的大肠杆菌中进行诱导表达, SDS-PAGE表明, 异源表达的TreP分子量约为90 kD, 与预期值相同. 通过葡萄糖氧化酶法测定分解产物葡萄糖的产率表明: TreP催化海藻糖分解反应的最适温度是70℃, 最适pH值为7.0; 通过HPLC检测合成产物海藻糖的产率表明: TreP催化合成反应的最适温度为70℃, 最适pH值为6.0. 在最适反应条件下, 50 μg的TreP粗酶可催化25 mmol/L α-1-磷酸葡萄糖与葡萄糖在30 min合成11.6 mmol/L海藻糖; 而同量的酶在同样时间内仅能将250 mmol/L海藻糖分解生成1.5 mmol/L葡萄糖. 以上体内胁迫和诱导表达分析及体外酶学性质分析均证明该酶的主要功能是催化海藻糖的合成反应. 热稳定性实验表明, 该酶性质比较稳定, 在50℃下温育7 h还能保持77%以上的活性, 是一个有潜在工业用途的新的热稳定海藻糖合成酶.     

添加秸秆和磷素对土壤微生物群落的影响

为了探讨添加小麦秸秆和磷素对低磷土壤微生物数量和群落结构的影响,设置2个梯度的小麦秸秆添加量(N₀和N₁分别为0和2.08 g·kg^-1)和4个施磷水平(P₀、P₁、P₂和P₃分别为0、100、200和400 mg·kg^-1)组合处理,采用磷脂脂肪酸(PLFA)法测定土壤微生物生物量.结果表明: 添加秸秆配合施入磷素对微生物总生物量、细菌生物量、真菌生物量和真菌/细菌(F/B)比值具有显著的促进作用,微生物总生物量、细菌生物量、真菌生物量和F/B均为N₁P₁>N₁P₀>N₁P₂>N₁P₃>N₀P₁>N₀P₂>N₀P₃.在相同磷素水平下,添加秸秆处理的各指标均显著高于未添加秸秆处理;在添加相同秸秆量条件下,施磷处理的各指标随磷素施入量先增加后降低,以P₁水平组合最优,其次是P₀,最后是P₂和P₃.     

改造大肠杆菌合成海藻糖途径以高效合成海藻糖

海藻糖是相容性溶质的一种,因其具有多种生物学功能,在食品、化妆品、药品以及器官移植等方面均有很广泛应用。然而近几年生产海藻糖主要集中在使用酶催化的方法,虽然这种方法的转化效率高,但是却存在着副产物的问题,难以得到高纯度的海藻糖产品,严重制约了海藻糖的应用。本文通过基因工程技术在大肠杆菌Escherichia coli中构建了海藻糖高效合成新途径,通过全细胞催化合成海藻糖。利用PCR技术在哈氏噬纤维菌Cytophaga hutchinsonii中克隆获得海藻糖双功能合成酶基因(tpsp),采用E.coli pTac-HisA高效表达载体,实现海藻糖双功能合成酶基因(tpsp)高效表达,利用高效表达菌株进行全细胞催化,将葡萄糖高效转化为海藻糖。结果表明C.hutchinsonii海藻糖合成酶基因(tpsp)在E.coli中成功实现表达,该酶能够在胞内将葡萄糖高效转化为海藻糖,并将其转运到胞外,实现海藻糖的高效率合成,海藻糖的产量提高到1.2 g/L,相对转化率为21%。当将此高产菌株在发酵罐中进行转化时,海藻糖的产量达到13.3 g/L,葡萄糖的相对转化率达到48.6%。采用C.hutchinsonii海藻糖合成酶基因高效表达并且应用于海藻糖全细胞合成催化在国内外尚属首次报道,海藻糖的转化率及产率都已达到文献报道最高水平,本研究为开拓海藻糖生产新技术奠定了基础。