固定化纤维二糖酶的研究

黑曲霉 (AspergillusnigerLORRE 0 12 )的孢子中富含纤维二糖酶 ,将这些孢子用海藻酸钙凝胶包埋后 ,可以方便有效地固定纤维二糖酶。固定化后的纤维二糖酶性能稳定 ,半衰期为 38d ,耐热性和适宜的pH范围均比固定化前有所增加 ,其Km 和Vmax值分别为 6 .0 1mmol L和 7.0 6mmol (min·L)。利用固定化纤维二糖酶重复分批酶解10g L的纤维二糖 ,连续 10批的酶解得率均可保持在 97%以上 ;采用连续酶解工艺 ,当稀释率为 0 .4h- 1 ,酶解得率可达 98.5 %。玉米芯经稀酸预处理后 ,其纤维残渣用里氏木霉 (Trichodermareesei)纤维素酶降解 ,酶解得率为6 9.5 % ;通过固定化纤维二糖酶的进一步作用 ,上述水解液中因纤维二糖积累所造成的反馈抑制作用得以消除 ,酶解得率提高到 84.2 % ,还原糖中葡萄糖的比例由 5 3 .6 %升至 89.5 % ,该研究结果在纤维原料酶水解工艺中具有良好的应用前景。     

裂褶菌纤维二糖脱氢酶吸附纤维素性质

纤维二糖脱氢酶（ＣＤＨ）可以吸附棉花、微晶纤维素和酸处理纤维素,４ｍｉｎ便都达到平衡。与纤维素酶明显不同,该酶的Ｓｃａｔｃｈａｒｄ吸附曲线都是一条直线,为典型的单结合位点模型（ｏｎｅ－ｂｉｎｄｉｎｇ－ｓｉｔｅ ｍｏｄｅｌ）。观察到ｐＨ值、温度、乙二醇和ＮａＣｌ对ＣＤＨ吸附微昌纤维素有影响,并进行了讨论。     

纤维二糖抑制外切纤维素酶水解作用机理的分析

纤维二糖是纤维素分子的结构单元, 也是纤维素酶水解纤维素时的主要产物. 它能强烈抑制纤维素酶的水解作用, 但并不影响酶对纤维素的吸附. 红外、荧光、圆二色谱分析表明, 纤维二糖可结合在外切纤维素酶活性部位附近的色氨酸残基上形成“位阻效应”, 从而阻止纤维素分子链进入活性中心. 同时, 结合纤维二糖后, 外切纤维素酶分子构象发生了较大变化, 致使吸附纤维素后不能导致微纤维的分离, 为“无效吸附”.     

绿色木霉JFY-14产纤维素酶的产酶条件研究

利用实验室现有的纤维素酶高产菌株制备纤维素酶。考察了JFY-14菌株产酶培养过程中pH值、培养时间、氮源等条件的影响。得到了最佳产纤维素酶条件:培养时间为72~75 h,初始pH值为4.5~5.0以及最佳培养氮源为1%的硫酸铵。     

纤维二糖差向异构酶在毕赤酵母中的表达及酶学性质研究

首先将来源于Caldicellulosiruptor saccharolyticus的纤维二糖差向异构酶基因CsCEm进行密码子优化,然后进行全基因合成,再将其引入到载体pPIC9K中,构建重组质粒pPIC9K-CsCEm并转化入毕赤酵母GS115,得到酵母工程菌株.经微孔板筛选、摇瓶筛选得到酶活最高的重组工程茵GS115-4-19.该菌株经甲醇诱导144 h后,摇瓶发酵液上清酶活达到0.42 U/mL.酶学性质研究结果表明:该酶的最适pH为7.5,且在pH 6.0 ～8.0范围内相对酶活都在80％以上;在pH 4～9的缓冲液中放置24 h后仍保持原酶活力的80％以上;最适温度为80℃,在60℃～80℃保温30 min后,相对酶活在80％以上.动力学研究结果表明该酶对底物乳糖的Km和Vmax分别为(120.27±9.96) mmol/L和(1.035±0.05) mmol/L/min.纤维二糖差向异构酶在毕赤酵母中的成功表达为生物酶法合成乳果糖提供了重要参考.     

纤维二糖在纤维素生物降解中调控作用的探讨*

对纤维二糖在真菌纤维素酶类合成中的诱导和阻遏作用机制、水解活性的抑制作用等的研究进展做了简要评述。根据对纤维素酶分子的纤维结合结构域的研究结果,提出了外切纤维素酶的主要功能是破坏纤维素的结晶结构,为β-1,4糖苷键的水解提供条件的论点。提出了经济有效转化纤维性材料的新策略。     

蔗糖酶和GOD的共固定化研究

本文研究了用吸附交联技术共固定化蔗糖酶和葡萄糖氧化酶（ＧＯＤ）的方法,考查了共固定化酶的动力学性质。试验结果表明：与溶液酶相比较,固定化蔗糖酶和ＧＯＤ的响应滞迟期分别为３分钟和２分钟,４态响应时间增加６分钟和４分钟,Ｋｍ值增大,ｐＨ─活力曲线变宽,最适ｐＨ值分别增大０．７和０．６４,最适温度则降低７．３℃和１６℃。以活性氧化铝作载体,戊二醛作交联剂制备的共固定化蔗糖酶和ＧＯＤ,其蛋白质固定化率为９２．９％,分解葡萄糖的总速度为４４１．６ＩＵ,当蔗糖浓度在０．２％以内时其反应速度与蔗糖浓度呈正相关（ｒ＝０．９９６）,使用半衰期１６２３次,在４℃下保存１２０天活力残存为８３．７％。     

纤维素酶固定化的研究进展

纤维素酶成本过高是纤维糖化工艺中的主要障碍,因此,各国学者都在研究和探索降低纤维素酶成本及提高其酶解效率的有效方法,酶的固定化技术便有很有希望的方法之一。本文综述了近２０年国内外应用不同性质的载体研究纤维素酶固定化的若干结果和进展。     

裂褶菌产纤维二糖脱氢酶条件优化及部分酶学性质研究

研究了裂褶菌Ｓｃｈｉｚｏｐｈｙｌｌｕｍ ｃｏｍｍｕｎｅＡＳ ５．３９１产纤维二糖胶氢酶的条件。该酶是诱导酶棉花是最好的诱导底物。培养基中加入琥珀酸纳缓冲液和土温８０利于酶的合成。而木素相关物质藜芦醇或愈创木酚对酶的生成没有影响。该酶在ｐＨ３．５～１０．５和４５℃以下保持稳定,其最适作用温度为３０℃,最适ｐＨ为４．５。Ｚｎ＾２＋和Ａｇ＾＋对该酶活性有很大的抑制作用,而叠氮化钠和氰化钾对酶活力没有影响     

纤维剩余物酶解工艺研究

富含单宁的塔拉豆荚经水解制备没食子酸,其剩余物中富含纤维素。本研究探讨了酶解各因素对塔拉纤维剩余物还原糖产率的影响,在单因素实验的基础上,进行料液比、酶解温度、p H和酶解时间四因素L16(4)5正交优化实验,其优化工艺条件为料液比1∶6 g·m L-1,酶解温度55℃,p H6,酶解时间48 h。在此条件下,酶解塔拉纤维剩余物还原糖产率均值为43.95%。     

蔗糖酶在尼龙丝上的固定化及酶管性能研究

利用盐酸水解法处理尼龙丝表面,采用戊二醛交联法将蔗糖酶固定在尼龙丝上,制成酶丝,进而制成酶管.该酶管可用于蔗糖的测定,蔗糖通过酶管分解成葡萄糖,再用葡萄糖氧化酶(GOD)电极测糖.酶管的最适 pH 为5—6,最适温度范围:30—40℃.溶液的流速对酶管的转化效率有显著影响.流速为1.3ml/min 时,蔗糖浓度在0—5mmol/L 范围内,酶管的转化效率基本恒定,约为28.5%.用同一浓度的蔗糖溶液重复实验,酶管的重复性很好,CV＜1%。酶管活力至少稳定8d(天)以上.     

利用纤维二糖差向异构酶制备乳果糖的研究进展

乳果糖是由D-半乳糖和D-果糖两个基团通过β-1,4糖苷键连接而成的还原型二糖;乳果糖口服液具有治疗慢性便秘和肝性脑病的功效,在100多个国家作为常见非处方药(OTC)使用,需求量十分巨大;乳果糖还可以作为益生元改善人体肠道菌群关系。乳果糖的生产依赖化学法,其催化剂对人体有害,下游分离难度大。近年来,纤维二糖差向异构酶被发现能够高效催化乳糖制备乳果糖,该技术绿色环保、步骤简单,具有很强的产业化前景。本文结合自身研究经历对纤维二糖差向异构酶的研发情况进行总结,并综述了乳果糖酶法制备技术的现状。     

酿酒酵母异源表达纤维二糖转运蛋白LacY与纤维二糖利用菌株的构建北大核心

【目的】在酿酒酵母体内设计代谢通路,使酿酒酵母能利用纤维素水解产物纤维二糖生产乙醇。【方法】首先,用大肠杆菌DH5α总DNA为模板克隆编码大肠杆菌乳糖透过酶的LacY基因。为过表达LacY基因,以质粒YEplac181作为载体,将酿酒酵母PGK1p强启动子加到LacY基因之前,CYC1t终止子加到LacY基因之后,构建质粒YEplac181-PGK1p-LacY-CYC1t。之后,将纤维二糖转运蛋白LacY表达质粒和β-葡萄糖苷酶(β-glucosidase,BGL)表达质粒pRS316-PGK1p-gh1-1-CYC1t依次转入野生型酿酒酵母W303-1A中,使野生型酿酒酵母W303-1A异源表达可转运纤维二糖的LacY蛋白和β-葡萄糖苷酶GH1-1,构建可利用纤维二糖的酿酒酵母工程菌W303-1A GL。最后,通过发酵测定酿酒酵母工程菌W303-1A GL的纤维二糖利用情况和乙醇产量,并对纤维二糖代谢通路中纤维二糖酶活力进行测定。【结果】本研究构建了纤维二糖转运蛋白LacY和β-葡萄糖苷酶GH1-1协同表达的酿酒酵母工程菌W303-1AGL。W303-1AGL可以有效利用纤维二糖发酵生产乙醇,W303-1A GL发酵24 h时乙醇产量达到3.25 g/L,得率为0.325 g乙醇/g纤维二糖,利用葡萄糖产乙醇理论得率为0.511 g乙醇/g纤维二糖,达到葡萄糖产乙醇理论得率的64%,细胞密度最高在第54 h达到OD600=10.84,胞内β-葡萄糖苷酶的酶活在72 h最高,可达到0.51 U/mg。【结论】本研究成功构建了能有效利用纤维二糖的重组酿酒酵母工程菌W303-1A GL,为提高纤维素乙醇生产效率、降低纤维素乙醇生产成本提供了新思路。     

固定化蔗糖酶水解蜂蜜蔗糖的研究

用复合破壁方法从酵母提取蔗糖酶,用海藻酸钙凝胶包埋、戊二醛交联方法制备固定化蔗糖酶,并在40℃下进行脱水处理。对自然酶和固定化酶的酶学性质进行了系统研究。自然酶和固定化酶的最适底物浓度为10％,最适反应时间是120分钟,最适pH是4.0,最适反应温度自然酶是50℃,固定化酶60℃。果糖对自然酶和固定化酶有很强的抑制作用,在果糖和葡萄糖并存情况下抑制作用降低。用固定化蔗糖酶反复水解蜂蜜蔗糖40批,蜂蜜中蔗糖含量由10％下降为5％以下,固定化蔗糖酶仍保持75％水解酶活力。     

纤维二糖水解酶N-糖基化对其在草酸青霉中的分泌和酶活影响*

目的:纤维素酶水解天然纤维素产生易被微生物利用的葡萄糖是进行生物炼制的关键。丝状真菌分泌的纤维素酶大多数是经过糖基化修饰的,研究丝状真菌纤维二糖水解酶(Cel7A)的催化功能域N-糖基化修饰对其分泌及酶活的影响,有助于优化纤维素酶的表达。方法:利用定点突变将草酸青霉和深绿木霉Cel7A催化功能域的N-糖基化位点去除,构建突变体PoCel7A^*和TaCel7A^*。以草酸青霉为宿主构建分泌表达PoCel7A^*、TaCel7A和TaCel7A^*的重组菌,检测N-糖基化去除对Cel7A分泌和酶活力的影响。结果:PoCel7A催化功能域的N-糖基化去除对其蛋白分泌和酶活力无影响。TaCel7A催化功能域的N-糖基化去除不影响其蛋白分泌;但突变体的pNPCase、FPase和Avicelase酶活力分别下降了21.2%,15.2%和17.6%。去除Cel7A催化功能域N-糖基化,加强了细胞内UPR响应。外源蛋白TaCel7A和TaCel7A^*的表达也加强了胞内UPR响应。结论:不仅可以为丝状真菌Cel7A的酶工程改造提供理性设计思路,而且为进一步了解糖基化在纤维素酶降解纤维素过程中的作用及机理奠定一定基础。     

纤维二糖水解酶Ⅰ吸附结构域的新功能

从拟康氏木霉S-38中分离纯化得到的外切酶Ⅰ（CBHI）,经过木爪蛋白质酶的有限酶解后通过一系列的柱层析分离获得其吸附结构域（CBM）．利用CBM与纤维素在40％下作用24h后,利用红外光谱测定纤维素结构的变化,发现纤维素的氢键作用减弱,利用分子动力学模拟进一步确认实验的结果,并从纳米尺度上阐明了在CBM分子吸附作用于纤维素表面的过程中纤维素链间的氢键作用明显降低．本研究表明CBM分子不仅具有使CBHI分子定位于纤维素表面的作用,还会在吸附过程中导致纤维表面结构的破坏．本研究为CBHI分子催化结构域与吸附结构域分子间的协同模型提供了一重要证据．     

纤维二糖水解酶Ⅰ吸附结构域的新功能

从拟康氏木霉S-38中分离纯化得到的外切酶Ⅰ(CBHI),经过木爪蛋白质酶的有限酶解后通过一系列的柱层析分离获得其吸附结构域(CBM).利用CBM与纤维素在40℃下作用24h后,利用红外光谱测定纤维素结构的变化,发现纤维素的氢键作用减弱,利用分子动力学模拟进一步确认实验的结果,并从纳米尺度上阐明了在CBM分子吸附作用于纤维素表面的过程中纤维素链间的氢键作用明显降低.本研究表明CBM分子不仅具有使CBHI分子定位于纤维素表面的作用,还会在吸附过程中导致纤维表面结构的破坏.本研究为CBHI分子催化结构域与吸附结构域分子间的协同模型提供了一重要证据.     

纤维二糖脱氢酶的纤维素降解中的作用研究

裂褶菌纤维二糖脱氢酶（ｃｅｌｌｏｂｉｏｓｅ ｄｅｈｙｄｒｏｇｅｎａｓｅ,ＣＤＨ）可以提高纤维素酶对纤维素的降解。以纤维二糖为电子供体,ＣＤＨ作用于羧甲基纤维可降低其溶液的粘度,作用纤维素ＣＦ１１和磷酸膨胀纤维素,分别使其悬浊液的浊度提高７％和１４．４％。ＣＤＨ与纤维二糖水解酶或切纤维素酶在降解棉花纤维素时没有表现出协同作用。但若棉花事先在纤维二糖存在下用ＣＤＨ预处理,则变得易于被水解。     

具有高木二糖形成活力的木聚糖酶生产菌株的筛选与产酶培养基的优化

从土样中筛选出一株产木聚糖酶的青霉,该青霉所产木降糖酶具有很高的木二糖形成活力,经鉴定为顶青霉,其木聚糖酶的合成与分泌受木聚糖等木糖苷类物质的诱导,麸皮对其木聚糖酶的合成也有促进作用,优化产酶液体培养主要成分的配比为：麸皮：玉米芯木聚糖：玉米芯粉;蛋白胨（或尿素）＝1：1：1：0．6（0．4）,摇瓶96h达到最大酶活,最高木聚糖酶活达到289．3U／ml,该菌所产木聚糖酶的最适作用条件为45－50度,PH4．4,在PH4．4－8．0范围内稳定。     

尿苷二磷酸糖固定化酶合成法研究

利用生物酶进行体外催化反应合成不同种类的尿苷二磷酸糖（uridine diphosphate sugar,UDP-糖）,生物酶的重复利用率较低。为提高尿苷二磷酸糖的合成效率及增加产物种类,以镍螯合聚丙烯酸酯树脂为载体,对带有HIS标签的N-乙酰己糖胺激酶（N-acetylhexosamine kinase,NahK）和尿苷转移酶（uridine transferase,GlmU）进行固定化。以固定化NahK和固定化GlmU为催化酶,不同单糖作为底物,研究尿苷二磷酸糖的一锅法合成情况。利用Q柱对产物进行纯化,通过高效液相色谱法、质谱法、核磁共振氢谱法对反应产物进行检测。确定了镍螯合聚丙烯酸酯树脂对游离NahK和GlmU的实际载量分别为10和20 mg·g^-1。固定化酶量的最优配比为5.5 g固定化NahK和2.5 g固定化GlmU。固定化酶的最适pH和温度分别为8.0和35℃,且能在重复反应中稳定反应5个批次。葡萄糖、N-乙酰氨基葡萄糖和甘露糖可以参与一锅法反应,生成UDP-糖的相对分子质量分别为566、607、566,而葡萄糖醛酸、半乳糖和果糖在该体系下不能合成相应的UDP-糖。基于固定化酶技术,一锅法可合成UDP-葡萄糖、UDP-N-乙酰氨基葡萄糖、UDP-甘露糖。