Myxococcus sp.V11海藻糖合酶TreS II分子改造 *

来源于黏细菌Myxococcus sp.V11的海藻糖合酶(trehalose synthase, EC 2.4.1.245)TreS II可通过转糖苷作用将麦芽糖转化成为海藻糖,在酶法生产海藻糖上显示出一定的应用潜力,但TreS II对热敏感,在60℃保温3h,酶活性丧失,限制了其应用范围.目的:拟探索TreS II影响热稳定性的氨基酸残基构成,通过对可能的氨基酸位点进行定点突变,以期获得耐热性的突变子,扩大TreS II应用范围.方法: 通过PCR介导的方法对TreS II可能影响到热稳定性的氨基酸Q3,A283,W374,R449和Y537进行定点突变,以野生型重组酶为对照,比较突变型与野生型的最适反应温度和最适反应pH,通过测定不同温度下保存不同时间后的残留酶活,检测突变子的耐热效果.结果: 研究表明突变子Q3D,A283R,W374D,R449Q和Y537H的比酶活与野生型无显著差异,且最适pH 和最适反应温度也未发生改变;A283R,Y537H在60℃条件下,3h后活性剩余68%;Q3D,W374D,R449Q在温度60℃时,3h后活性剩余35%.结论: TreS II分子结构中与金属离子结合的几个氨基酸残基的改变对蛋白质分子的耐热性具有显著影响.     

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。     

海藻糖合酶的分子生物学研究进展

海藻糖合酶能够将麦芽糖转化为海藻糖,在海藻糖的工业生产中具有十分重要的意义。本文从海藻糖合酶的基因克隆、基因工程应用、结构和催化机制的研究以及其在微生物体内的功能等方面讨论了海藻糖合酶的研究进展。     

以CotC为分子载体在枯草芽孢杆菌表面展示海藻糖合酶

海藻糖是自然界中普遍存在的一种非还原性双糖,是一种极好的天然干燥剂和保鲜剂。海藻糖合酶能够催化α,α-1,4-糖苷键连接的麦芽糖直接转化为α,α-1,1-糖苷键连接的海藻糖,是生产海藻糖的首选。为获得具有良好展示效果的海藻糖合酶,将其高效稳定的展示于枯草芽孢杆菌芽孢表面,实验同时分别选取增强型绿色荧光蛋白(EGFP)和海藻糖合酶(Tres)作为模型蛋白,以来自枯草芽孢杆菌的芽孢衣壳蛋白Cot C作为枯草芽杆菌表面展示的锚定蛋白进行表面展示研究。利用流式细胞仪分析EGFP在芽孢表面展示的情况,结果表明芽孢衣壳蛋白Cot C可以将EGFP固定在芽孢的表面。然后将荧光蛋白基因egfp通过酶切替换为海藻糖合酶基因tres,将重组菌株使用p H7.5的缓冲液清洗并重悬,与底物浓度为30%的麦芽糖在50℃水浴条件下作用2h,反应产物利用HPLC检测,能够检测到海藻糖峰,通过计算得到的酶活为252U/ml。说明海藻糖合酶基因通过与芽孢衣壳蛋白Cot C融合后可被展示在芽孢的表面。     

海藻糖合酶在毕赤酵母表面的展示

海藻糖合酶能够利用麦芽糖一步法转化生产海藻糖,其底物专一性较高,该酶体系生产工艺简单,不受底物麦芽糖浓度的影响,是工业生产海藻糖的首选。为获得具有生产海藻糖合酶能力的毕赤酵母表面展示载体,实验以筛选的Pseudomonas putide P06海藻糖合酶基因为模板,PCR扩增得到海藻糖合酶基因(tres,2064 bp),连接至pPICZαA质粒中,获得重组质粒pPICZαA-tres。以来自酿酒酵母的共价连接细胞壁的Pir系列蛋白的Pir1p成熟肽蛋白作为毕赤酵母表面展示的锚定蛋白,利用PCR技术扩增得到pir1p(847 bp),连接至重组质粒pPICZαA-tres中,获得重组质粒pPICZαA-tres-pir1p。将重组质粒电击转入毕赤酵母GS115中,利用α-factor信号肽将蛋白引导分泌至细胞壁展示于毕赤酵母表面。通过Zeocin抗性筛选,挑选出阳性克隆子并摇瓶发酵。发酵产物经离心、破碎并使用昆布多糖酶水解,洗脱,结果显示,SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳分析可见明显融合蛋白条带,表明海藻糖合酶已成功地锚定在毕赤酵母。将重组毕赤酵母使用pH 7.5的缓冲液清洗并重悬,与底物浓度为30%的麦芽糖在30℃~60℃水浴条件下作用2 h,反应产物利用HPLC检测,能够检测到酶学活性。在优化后的条件pH 7.5,50℃,表面展示海藻糖合酶酶活达到300.65 U/g。40℃~50℃酶活较稳定,保温60 min,残留酶活相对活力达75%以上;最适反应pH值为7.5,并在碱性环境下稳定。     

利用定点突变分析海藻糖合酶的功能

我们通过对来自红色亚栖热菌(Meiothermus ruber) CBS-01中的海藻糖合酶(Trehalose synthase)序列比对及三维模型构建, 我们构建了D200G/H165R, R227C, R392A三个定点突变体, 检测其对麦芽糖及海藻糖的转化能力。结果发现: 在50°C时, D200G/H165R、R392A基本失去其原有活性, 而R227C产生海藻糖的能力降低。37°C时, D200G/H165R失去转化能力, 而R392A及R227C保有部分能力。因此我们推测, R392位点可能是维持酶的结构及热稳定性的关键位点, 而D200位点在反应过程中也起重要作用。     

ATP合酶亚基d参与海藻糖代谢调控棉铃虫幼虫变态的分子机理

【目的】本研究旨在解析ATP合酶亚基d(ATP synthase subunit d, ATPs-d)参与海藻糖代谢调控棉铃虫Helicoverpa armigera幼虫发育和变态中的功能及分子机理。【方法】PCR扩增棉铃虫HaATPs-d的开放阅读框,并利用生物信息学方法对其序列及系统发育进行分析;利用qRT-PCR检测HaATPs-d在5龄蜕皮期幼虫和6龄幼虫表皮、中肠和脂肪体中及对20-羟基蜕皮酮(20-hydroxyecdysone, 20E)(0.1 mg/mL)响应的6龄幼虫脂肪体和表皮中的表达量;利用荧光拍照分析HaATPs-d在草地贪夜蛾Spodoptera frugiperda卵巢细胞系Sf9细胞中的亚细胞定位;采用酵母双杂交分析与HaATPs-d互作的蛋白;对棉铃虫6龄幼虫注射dsHaATPs-d,分析RNAi降低HaATPs-d的表达量对幼虫发育及变态和中肠中可溶性海藻糖酶活性和海藻糖含量的影响。【结果】棉铃虫HaATPs-d(GenBank登录号：LOC110375576)的开放阅读框长525 bp,编码174个氨基酸并具有较高的保守性,与草地贪夜蛾和斜纹夜蛾S...     

微生物酶分子改造研究进展

近年来,越来越多的酶蛋白已经采用重组微生物反应器进行高效生产。为了改善酶蛋白的催化性能,提高其环境适应性,同时提高酶蛋白的表达量,降低生产成本,各种针对酶蛋白分子改造的基因工程技术已经得到大量的应用。综述了用于酶分子改造和进化的主要分子生物学方法,如定点突变、易错PCR、基因改组、密码子优化等技术及其应用成就。     

纤维素酶分子改造和酶系改造

纤维素酶在将数量巨大的纤维素物质转化成人类急需的能源、食物和化工原料,净化环境和开辟新能源,实现人类社会的可持续发展等方面具有十分重要的意义。这种巨大的市场潜力使人们希望获得具有更优良性质的酶。比如对不溶性底物具有高降解能力的酶、在较高温度和碱性条件下稳定的酶、耐受末端产物抑制的酶,从而使之更加适合于生产应用。     

重组嗜热栖热菌海藻糖合酶制备海藻糖的工艺条件优化

海藻糖具有独特的生物活性,在多种行业应用广泛。海藻糖合酶能够专一性催化麦芽糖一步生成海藻糖。本文通过PCR扩增获得了来源于Thermus thermophilus ATCC33923的海藻糖合酶基因Tre S,构建了基因工程菌E.coli BL21(DE3)/p ET-24a(+)-Tre S。工程菌在摇瓶中发酵28 h时,胞内海藻糖合酶酶活达到最高值为6.4 U/m L。进一步研究了该重组酶制备海藻糖的影响因素,发现当以10%麦芽糖为底物,初始反应p H 7.5,加酶量为15 U/g麦芽糖,40℃,150 r/min反应24 h,转化率达到最高值,为49.0%。当底物浓度提高至20%~40%时,转化率为45.4%~46.2%。     

海藻糖合酶产生菌筛选、鉴定及目的基因克隆

目的:为筛选出一株产海藻糖合酶的菌株,并以此菌的全DNA为模板,克隆出产海藻糖合酶的目的基因片段。方法:实验过程中采用了常规筛选菌种、快速提取细菌全基因、显微镜观察菌种、热启动PCR技术、电泳纯化回收基因片段、EcoRⅠ和HindⅢ双酶切鉴定目的基因片段等方法。结果:在电镜下可观察到有芽孢、杆菌;菌株16S rRNA基因扩增产物共计1490个碱基;PCR方法扩增出阳性克隆大约1700bp的基因片段。结论:通过生理、形态、结构特征分析及16S rRNA基因全序列比较得出结论:筛选到一株短小芽孢杆菌;PCR扩增出阳性克隆片段,全长1722bp,为实验所要的编码海藻糖合酶的基因片段。     

耐高温海藻糖合酶产生菌鉴定及生长特性研究

目的:从蒙古一处高温温泉水中分离产耐高温海藻糖合酶的嗜热菌株,并确定该菌株的分类学地位。方法:通过研究其形态特征、培养特征、生理生化特征和16S rDNA序列,根据《伯杰氏细菌鉴定手册》进行菌种分类鉴定,同时并对其生长特性进行初步研究。结果:筛选出的嗜热菌株SN02004-01具有芽孢杆菌的典型特征,其16S rDNA序列与GenBank中的Bacillus sp.E26311的亲缘关系最近,二者的16S rDNA序列相似性为99.9%;该菌的最适pH、最适生长温度分别为pH7.0、65℃。结论:极端环境(高温)中也存在具有产生耐高温海藻糖合酶的嗜热微生物。     

海藻糖合酶基因的克隆及其植物表达载体的构建

以担子菌灰树花的菌丝体中提取总ＲＮＡ,并纯化出ｍＲＮＡ,ｍＲＮＡ经反转录合成ｃＤＮＡ第一链,以ｃＤＮＡ第一链为模板经ＰＣＲ扩增海藻糖合酶（Ｔｓａｓｅ）基因,获得一长约２．２ｋｂ的片段,把该片段连接一ｐＧＥＭ－Ｔ－ｅａｓｙ ｖｅｃｔｏｒ上进行测序,其全长共２１９９ｂｐ。随后将此片段以正向插入植物表达载体ｐＢＩ１２１的ＨｉｎｄⅢ＋Ｘｂａｌ位点构建ｐＵＢ,再把海藻糖合酶基因以正向插入载体ｐＵＢ的ＢａｍＨ     

褐藻胶裂解酶的分子改造研究进展

褐藻胶是由β-D-甘露糖醛酸(M)以及α-L-古罗糖醛酸(G)2种单体组成的酸性多糖。褐藻胶裂解酶作为多糖裂解酶的一种,可以温和高效地将褐藻胶降解为褐藻寡糖,并用于食品、医药和农业领域。然而天然来源的褐藻胶裂解酶通常存在活性不高、催化效率低以及热稳定性差等缺点,在一定程度上限制了其工业化应用潜力。近年来分子改造策略已经开始大量应用于褐藻胶裂解酶,使得褐藻胶裂解酶的应用性能得到极大提升。本文对已报道的褐藻胶裂解酶结构与催化机制进行总结,对改善热稳定性、提高催化效率、改变底物分布等性质的褐藻胶裂解酶分子改造策略如理性设计、定向进化、结构域截短与重组等进行系统分析与综述,并展望了未来褐藻胶裂解酶分子改造的发展方向。     

新分离Microbacterium sp. XT11菌产黄原胶降解酶生产条件的优化研究

新分离Microbacteriumsp.XT11菌能够合成黄原胶降解酶,将植物病原菌野油菜黄单孢菌分泌的毒素因子黄原胶分解,生成具有激发子和抗微生物活性的黄原胶寡糖。实验确认,黄原胶和酵母浸粉分别是XT11菌生产黄原胶降解酶的最适碳源和氮源,获得最高酶活力的最低碳源和氮源浓度均为0.3%。XT11菌生产黄原胶降解酶的最适条件为:培养温度28℃,培养基起始pH7.0,转速150r/min。     

蓖麻蚕在变态期间代谢作用的研究——Ⅱ.海藻糖酶的性质及其在代谢中的作用

本文以蓖麻蚕蛹化前后各虫期为材料,通过对不同组织中海藻糖酶活力及其糖含量的测定,结果发现了:1)血淋巴海藻糖酶活力仅在眠期蜕皮过程显现,其它虫期该酶不表现活力;2)海藻糖酶抑制物仅存在于血淋巴中,抑制物的存在虽然使海藻糖酶经常处于不活动状态,但后者却具有一定的潜在活力;3)饥饿能促使对海藻糖酶抑制的解除,随着酶活力的显现,此血糖的含量水平不断下降;4)消化道中海藻糖酶的分布依次为中肠>后肠>前肠,酶活力随幼虫进食而增加,吐丝以后显著下降;5)血淋巴和脂肪体中糖代谢与海藻糖酶活力变化之间存在一定的联系。文中明确了不同组织中海藻糖酶活力变化在昆虫糖代谢中的作用,并讨论了它的生理意义。     

化学修饰法在酶分子改造中的应用

酶的体外不稳定性限制了其工业应用,而化学修饰法通过化学手段在分子水平上对酶进行改造,可有效地改善酶的性质,为酶的应用提供更广泛的前景.综述酶分子的化学修饰方法及其影响因素,并介绍修饰产物的常用检测评价方法.     

一株产酶真菌Phaeophlebiopsis sp.转录组分析

对从药渣中分离的真菌ZYJHYZ254进行鉴定及产酶活性研究,从转录组分析菌株不同生长时期差异表达基因对其生长发育及产酶调控的影响,以筛选高产木质纤维素水解酶真菌,寻找调控关键基因。鉴定ZYJHYZ254为拟暗射脉菌Phaeophlebiopsis sp.,产酶在第5-7天最高。从生长3 d与7 d的菌丝中共检测到1 232个差异基因,以3 d的菌丝为对照,显著上调、下调基因分别有826及406个,基因注释和GO、KEGG功能富集分析结果表明差异表达基因主要与蛋白质合成、代谢及酶合成相关。此外,共有387个CAZymes基因表达,GH数量最多,约占49.61%,其次为AA (97)与GT (62),约占25.06%与16.02%。GH16 (24个)占GH的12.50%,含量最多,主要编码葡萄糖苷酶、木聚糖酶等,AA中AA3 (37个)占比38.14%,编码氧化酶、脱氢酶等。结果表明ZYJHYZ254中生长3 d与7 d的菌丝经功能富集分析发现差异表达基因主要与蛋白质合成、代谢,以及酶合成相关。进一步研究发现在两个生长时期中CAZymes基因表达最多的是GH16与AA3,预示了该菌葡萄糖苷酶、木聚糖酶、β-半乳糖苷酶、氧化酶与脱氢酶含量最丰富,对降解特殊生物质中的木质纤维素具有重要意义。     

Serratia sp. PS-2产几丁质酶发酵条件研究

采用平板透明圈法,从海洋红树林根泥筛选得到一株产几丁质酶较强沙雷氏菌株Serratia sp. PS-2.为实现工业化生产几丁质酶,考察了以几丁质为诱导剂,碳源、氮源、NaCl 浓度、培养温度、时间、培养液酸碱度、通气量和搅拌速度等对产酶的影响,得到了优化的发酵条件.5L发酵罐实验表明,该菌株可在发酵72h内达到产酶高峰,最高酶活力可达到0.68 U/mL.