甲基对硫磷水解酶的重组表达及其纯化和性质研究

用PCR方法获得甲基对硫磷水解酶编码基因,构建了重组表达质粒pET29a_mpd,将其转化至Escherichia coli BL21(DE3)中,经IPTG诱导表达,得到C末端含有6个寡聚组氨酸的甲基对硫磷水解酶,用NiNTA亲和层析纯化得到具有活性的甲基对硫磷水解酶。测定了环境因素对酶活性的影响及酶动力学参数。甲基对硫磷水解酶水解甲基对硫磷时,最适pH86～8.8,最佳反应温度15℃;Mn2+、Zn2+、Cu2+可使酶活性增加15%～20%,Ca2+、Mg2+微弱地促进酶的作用,Ni2+对酶活性几乎无影响;1mmol/L EDTA·Na2+几乎不影响酶的活性,而10mmol/L EDTA·Na2+对甲基对硫磷水解酶有较强的抑制作用。甲基对硫磷水解酶水解乙基对硫磷时,最适pH86。25℃时,该酶对甲基对硫磷的米氏常数Km为（68.6 ± 5.1）μmol/L,kcat为（45 ± 6 ）S-1;对乙基对硫磷的米氏常数Km为（59.5 ± 6.0）μmol/L,kcat为（8 ± 1） S-1。Kcat/Km表明甲基对硫磷水解酶对甲基对硫磷的催化效率更高。     

3-甾酮-Δ1-脱氢酶突变体文库高通量筛选方法的建立

[目的]建立一种快速、高通量筛选3-甾酮-Δ¹-脱氢酶(KstD)突变体库的方法。[方法]基于已发表KstD蛋白晶体结构,设计饱和突变引物,构建突变体文库,优化蛋白表达条件,利用冻融法结合溶菌酶法获得粗酶液;基于分光光度法原理,优化检测反应体系,利用酶标仪检测吸光度的变化来反映酶活力。[结果]利用饱和突变引物成功构建突变体文库,表达KstD最佳条件为：IPTG终浓度0.3 mmol/L,20℃诱导20 h;缓冲液中溶菌酶浓度为0.5 mg/mL时上清目的蛋白含量最高。优化后的酶活检测条件为：Tris-HCl缓冲液50 mmol/L、pH 8.0、0.4 mmol/L DCPIP、1.5 mmol/L PMS、0.7 mmol/L雄烯二酮(4AD)和适量的酶液组成,温度30℃、酶反应时间5 min,于600 nm波长下测定。[结论]成功建立了一种5 min检测96个3-甾酮-Δ¹-脱氢酶(KstD)突变体的高通量筛选方法,重复性变异系数在3%以下。     

甲壳素酶Chisb的定向进化及生物转化合成几丁寡糖

甲壳素酶具有广泛的工业应用前景,如可将虾壳、蟹壳和其他甲壳废物降解成以几丁寡糖为主的高附加值产品,但野生型甲壳素酶催化效率低,大大限制了几丁寡糖的生产。笔者在前期研究中表达了一个具有较高效催化效率的甲壳素酶Chisb,并对其酶学性质进行了初步研究。为进一步提高甲壳素酶Chisb的催化效率,以R13NprB-C-SP-H为亲本,采用易错PCR(Error-pronePCR)技术构建随机突变体文库,对甲壳素酶Chisb进行定向进化。经过96孔板初筛和摇瓶复筛,获得了两个催化效率进一步提高的突变体C43D和E336R。对突变体的酶学性质进行分析, C43D和E336R的最适催化温度为55℃, C43D的最适pH为5.0,E336R的最适pH为9.0;其催化效率相比对照分别提高了1.35倍和1.57倍;而E336R和C43D催化产几丁寡糖的含量分别为2.53 g/L和2.06 g/L,相比对照(0.89 g/L)分别提高了2.84倍和2.31倍;底物转化率分别为84.3%和68.7%,相比对照(29.7%)分别提高了54.6%和39%。研究表明,通过易错PCR引入随机突变的方法能够有效提高甲壳素酶Chisb的催化效率。上述研究获得的催化效率提高的正向突变体及其酶学性质分析对生物转化合成几丁寡糖具有重要研究意义和应用价值。     

定向进化和半理性设计改造顺式环氧琥珀酸水解酶

【背景】D(-)-酒石酸是非天然有机酸,在保健品、食品和肿瘤药物合成等行业具有重大应用潜力,目前主要通过生物转化法生产,即顺式环氧琥珀酸水解酶[cis-epoxysuccinic acid hydrolase,CESH(D)]水解顺式环氧琥珀酸(cis-epoxysuccinic acid, ESH)生成D(-)-酒石酸。该法简单温和,但存在CESH(D)酶活转化效率低下的瓶颈问题。【目的】通过基因工程改造,提高CESH(D)的酶活力、温度和pH稳定性。【方法】利用定向进化和半理性设计体外改造CESH(D),高通量筛选出正向突变体;然后对其进行酶学性质研究,包括比酶活、温度和pH对酶催化效率的影响、酶的温度稳定性、pH稳定性及酶促动力学分析;最后通过分子对接等手段分析突变位点影响催化活性的初步机制。【结果】筛选获得4个正向突变体L231P/N226S、V77I、D183E和T223S。与野生型相比,4个突变体的比酶活分别提高2.2、1.6、1.5和1.4倍。其中,L231P/N226S的温度稳定性和pH稳定性较野生型均有显著提高,55℃时催化活性为野生型的1.6倍,pH 6.0时催化活...     

甲基对硫磷水解酶的酿酒酵母表面展示及在甲基对硫磷降解中的应用

PCR扩增假单胞菌WBC-3的甲基对硫磷水解酶基因,插入表面展示质粒pYD1的多克隆位点,构建pYD1-MPH重组质粒。重组质粒转化酿酒酵母EBY100,2%半乳糖诱导甲基对硫磷水解酶表达,并利用免疫荧光检测甲基对硫磷水解酶在酿酒酵母细胞表面的表达展示。研究了表面展示甲基对硫磷水解酶的酶学性质和酵母工程菌对水体中甲基对硫磷的降解效果。结果表明成功构建具有全细胞甲基对硫磷水解酶催化活性的酵母工程菌,经2%半乳糖诱导48 h,表面展示甲基对硫磷水解酶比酶活力为18.2 U/mg细胞干重。表面展示甲基对硫磷水解酶的最适作用pH为9.5,最适作用温度为30℃,在p H4.0-10.5之间和45℃以下稳定性较好,Mn2+、Co2+、Zn2+、Ca2+、Hg2+、K+、Ni2+对表面展示甲基对硫磷水解酶活性有激活作用,Na+、Fe3+、Ag+对展示酶活力有抑制作用。工程菌在1 h内对淡水中20 mg/L的甲基对硫磷的降解率在80%以上。     

高通量筛选工具的设计与应用

定向进化方法作为新兴的高效蛋白质工程手段,其内容包括蛋白质突变体文库的构建和有效突变体的快速筛选。高通量筛选方法是定向进化方法的重要组成部分,是成功获得有效突变体的关键。筛选的突变体数量越多,获得有效突变体的几率越大。以下介绍了目前已经成功应用于或有潜力应用于定向进化改造蛋白质的几种高通量筛选工具。高通量筛选工具的不断设计与开发将推动蛋白质工程领域的技术革新。     

应用易错PCR技术提高环糊精葡萄糖基转移酶的可溶性表达

【目的】对嗜热脂肪芽孢杆菌CHB1的环糊精葡萄糖基转移酶(CGTase)基因进行定向进化,筛选得到胞外酶活性和可溶性表达定量提高的突变酶。【方法】采用易错PCR技术向环糊精葡萄糖基转移酶基因中随机引入突变,建立酶基因突变文库,筛选获得胞外酶活性和可溶性表达定量提高的突变体,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CGTase胞外酶活性和可溶性表达定量提高的突变菌株ds-6和ep-9,其胞外α-环化活力分别是原始酶的1.72倍和2.18倍,可溶性表达量提高了1倍。序列分析表明,突变体ep-9有3个碱基发生了变化:G2005A/A2037G/T2081G,其中有2个碱基突变导致了氨基酸的改变。SWISS-MODEL数据库模拟CGTase的结构表明,2个突变氨基酸分别位于无规卷曲和β-转角/折叠之间的转角中。酶学性质测定表明:突变CGTase的β-环化比活力是原始酶的2.44倍,总环化比活力提高了34%,K_m值由4.3 g/L降低到3.74 g/L;在pH稳定性方面较原始酶有所提高。单碱基定点突变证实突变体ep-9可溶性表达水平及胞外酶活性提高的关键突变是G2005A。【结论】本试验表明:基于易错PCR技术获得嗜热芽孢杆菌CHB1的CGTase的胞外酶活和可溶性表达定向进化,G2005A突变对于提高CGTase的可溶性表达及胞外酶活起关键作用,这对认识CGTase的构效关系以及进一步改造该酶分子、扩大酶的生产应用具有重要意义。     

色氨酸残基在碳-碳水解酶催化中的关键作用

碳-碳水解酶（C-C水解酶）作为α/β水解酶超家族中的一员,负责催化环裂产物C-C键的断裂,该反应是细菌降解芳香族化合物途径中的关键步骤. 为了解水解酶的催化特性,本文对该酶部分氨基酸进行了定点突变,并对突变体的动力学参数,化学修饰剂对突变体活性的影响以及突变体的二级结构进行了测定.各突变体的动力学参数特征为：突变体S110A,H265A和D237A的催化效率为野生型的1/104~1/103;突变体W85A和W219A催化效率分别为野生型的5/18和1/3,而同为色氨酸的突变体,W266A的催化效率只有野生型的1/104. 化学修饰剂对突变体S110A,H265A,D237A和W266A的酶活性几乎没有影响;而对突变体W85A和W219A却有较大的影响,修饰后,其相对活性仅为对照的10%~30%. 突变体的圆二色谱（CD谱）分析表明,与野生型相比,突变体的二级结构没有发生改变. 证明了Ser110,Asp237,His265是2-羟基-6-氧-6-苯基己-2,4-二烯酸水解酶（HOPDA hydrolase, HOPDA水解酶）催化反应所必需的氨基酸,并提出了Trp266在催化反应中也同样起到了非常关键的作用.     

L-天冬氨酸-α-脱羧酶的重组表达、定点突变及高通量检测方法的建立

将枯草芽孢杆菌L-天冬氨酸-α-脱羧酶基因进行了克隆和异源表达,并通过定点突变构建了2个突变体。针对该酶活力检测时存在的检测通量低、周期长和成本高等缺点,旨在建立一种简单高效的酶活力高通量检测方法。采用氯酚红(CPR)指示剂和4-吗啉乙磺酸(MES)缓冲液体系,并对检测条件进行优化,提高检测的准确性和灵敏性,建立了基于比色法的微孔板高通量检测方法,然后以L-天冬氨酸-α-脱羧酶及其突变体作为模型酶,对高通量检测方法进行了验证。优化后的酶活检测条件为MES缓冲液2 mmol/L,CPR指示剂75 μmol/L,L-天冬氨酸75 mmol/L,pH 6.5,温度37℃,反应时间10 min,检测波长为567 nm。采用3种模型酶对微孔板高通量检测方法进行了验证,结果显示该方法与HPLC法测得的结果一致。高通量检测方法具有操作简便易行、灵敏度高等优点,能够用于L-天冬氨酸-α-脱羧酶的快速检测。该方法的建立将为L-天冬氨酸-α-脱羧酶进行定向进化及突变体的高通量筛选奠定基础。     

枯草芽孢杆菌β-糖苷酶的克隆表达、体外定向进化及结构模拟

摘要:【目的】从枯草芽孢杆菌基因组DNA中扩增出bglC基因并在大肠杆菌中表达,分析表达产物的酶学性质并进行结构模拟,为进一步研究其生理功能及结构解析奠定基础。【方法】将bglC基因克隆到大肠杆菌(Escherichia coli)BL21(DE3)中表达,通过定向进化获取水解效率提高的突变株,经Ni-NTA镍离子层析柱纯化后,测定野生枯草芽孢杆菌β-糖苷酶与突变酶的性质。利用CD光谱,非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳及三维结构建模,分析野生酶与突变酶的高级结构。【结果】野生酶的比活力为9.7 U/mg,最适催化温度为60℃,最适pH值是7.0。经过突变和筛选,我们得到一个突变体BS-GLY_M1(A242T/T385A/S425L),其比活力达到17.1 U/mg,最适温度为55 ℃,最适pH值是7.0,在55 ℃下的半衰期为3.5 h,比野生酶增加2 h。突变酶对4-硝基苯基-β-半乳糖苷、乳糖和熊果苷的催化效率(Km/Kcat)有所提高。酶在天然条件下以二聚体、四聚体状态存在,推测它以二聚体为基本功能单位。结构模拟结果表明突变后酶的三维结构有轻微地变化,这可能是酶热稳定性和催化效率提高的原因。【结论】枯草芽孢杆菌β-糖苷酶可以在大肠杆菌中高效表达并可以通过定向进化提高其水解效率。     

易错PCR技术提高黑曲霉N25植酸酶活力的研究

利用易错PCR技术对黑曲霉(Aspergillus niger)N25的植酸酶基因phyA进行定向进化研究,突变基因产物重组于表达载体pET32a(+)中,并导入大肠杆菌BL21(DE3)构建突变体文库,经筛选获得了最佳突变菌株pET32a-phyAep,其植酸酶活力比出发酶提高了41.8%。突变酶的酶学性质研究发现,与野生酶相比,它的热稳定性,最适温度和最适pH值无显著变化。     

筛选在非生长条件下突变体酶的新方法*

利用双层平板筛选由定向进化方法产生的瑞氏木霉内切葡聚糖酶III (EGIII)突变体文库 ,根据水解圈在平板上形成的速度判断酶活高低。采用这种方法在不同的筛选条件下分别筛选得到了几株在低温或碱性条件下高活性的EGIII突变体。比色法测定的酶活性与平板筛选结果一致。该方法的建立将使通过定向进化方法改造现有蛋白质 ,获得具有新的优良性状的工业用酶的途径得到更加广泛的应用.     

随机突变提高单胺氧化酶活性

前期获得了一个对底物美西律具有一定活性的单胺氧化酶突变体A-1(F210V/L213C)。为进一步提高其酶活性,利用MegaWHOP PCR构建了库容约为104的随机突变库。筛选后获得了一个最优突变酶ep-1,比活力为A-1的189%。选择性测定结果表明,酶的对映体选择性有较大提高,E值由101提高到282;动力学常数测定揭示,酶催化效率有较大提高,kcat/Km由0.001 51 mmol/(L?s)提高到0.002 89 mmol/(L?s)。和A-1酶相比,在所测定的11种胺类底物中,ep-1对其他7种底物的比活力有较明显提高,对其他4种底物的比活力变化不大。序列分析表明,ep-1的突变为T162A。分子动力学模拟结果提示,该突变主要通过修正通道氨基酸的二级结构和扩大活性口袋来发挥作用。     

一种高效的多点组合突变克隆构建方法（英文）

高质量的突变方法和高效的筛选方法相结合可以提高酶定向进化的效率。文中开发了一种高效的多点组合突变(Multi-points combinatorial mutagenesis,MCM)的克隆方法。MCM方法通过引入DNA组装、融合PCR和杂交技术,实现高效多点组合突变。应用优化后的方法定向进化改造苯甲酰甲酸脱羧酶(Benzoylformate decarboxylase,BFD)来测试MCM方法的效率。通过电转至大肠杆菌感受态Escherichia coli TreliefTM 5α所获得的单菌落数量(Colony-formingunits,CFUs)超过106 CFUs/μgDNA。经验证90/100单菌落精确组装;5个位点L109、L110、H281、Q282和A460同时组合突变的效率达到88%。最后,筛选到一种kcat/Km提高10倍的突变酶(L109Y、L110D、H281G、Q282V和A460M)。因此,应用该方法可以有效地创建突变体库,促进酶的定向进化技术的快速发展。     

一种高效的多点组合突变克隆构建方法

高质量的突变方法和高效的筛选方法相结合可以提高酶定向进化的效率。文中开发了一种高效的多点组合突变(Multi-points combinatorial mutagenesis,MCM)的克隆方法。MCM方法通过引入DNA组装、融合PCR和杂交技术,实现高效多点组合突变。应用优化后的方法定向进化改造苯甲酰甲酸脱羧酶(Benzoylformate decarboxylase,BFD)来测试MCM方法的效率。通过电转至大肠杆菌感受态Escherichia coli TreliefTM 5α所获得的单菌落数量(Colony-formingunits,CFUs)超过106 CFUs/μgDNA。经验证90/100单菌落精确组装;5个位点L109、L110、H281、Q282和A460同时组合突变的效率达到88%。最后,筛选到一种kcat/Km提高10倍的突变酶(L109Y、L110D、H281G、Q282V和A460M)。因此,应用该方法可以有效地创建突变体库,促进酶的定向进化技术的快速发展。     

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℃...     

提高源自Bacillus circulans 251的β-CGTase对麦芽糖亲和性及其在生产海藻糖中的应用

将B. circulans 251β-CGTase应用于海藻糖制备,海藻糖转化率从50. 4%提高至71. 9%。为进一步提高底物的转化率,运用易错PCR-高通量筛选技术筛选对以麦芽糖为歧化反应受体的亲和性提高的B. circulans 251β-CGTase突变体。利用低底物浓度的96孔板4,6-亚乙基-对硝基苯-α-D-麦芽七糖苷(EPS)显色法,最终筛选得到了一株对麦芽糖亲和性提高的突变体M234I。将野生型β-CGTase和突变体酶M234I进行蛋白质纯化,测定其酶学性质。结果表明,突变体的比活为345. 25U/mg,野生型则为357. 63U/mg;突变体M234I对麦芽糖的K_m为0. 258 2mmol/L,仅为野生型(0. 474 9mmol/L)的54. 4%,对麦芽糖的亲和性显著提高;突变体的最适温度、最适p H较野生型未发生较大变化。以麦芽糊精(DE值16)为底物,将突变体M234I用于多酶复配体系生产海藻糖,酶反应结果表明海藻糖的转化率最高达74. 9%,较野生型β-CGTase提高约3%。     

提高源自Bacillus circulans 251的β-CGTase对麦芽糖亲和性及其在生产海藻糖中的应用 *

将B. circulans 251 β-CGTase应用于海藻糖制备,海藻糖转化率从50.4%提高至71.9%。为进一步提高底物的转化率,运用易错PCR-高通量筛选技术筛选对以麦芽糖为歧化反应受体的亲和性提高的B. circulans 251 β-CGTase突变体。利用低底物浓度的96孔板4,6-亚乙基-对硝基苯-α-D-麦芽七糖苷(EPS)显色法,最终筛选得到了一株对麦芽糖亲和性提高的突变体M234I。将野生型β-CGTase和突变体酶M234I进行蛋白质纯化,测定其酶学性质。结果表明,突变体的比活为345.25U/mg,野生型则为357.63U/mg;突变体M234I对麦芽糖的K_m为0.258 2mmol/L,仅为野生型(0.474 9mmol/L)的54.4%,对麦芽糖的亲和性显著提高;突变体的最适温度、最适pH较野生型未发生较大变化。以麦芽糊精(DE值16)为底物,将突变体M234I用于多酶复配体系生产海藻糖,酶反应结果表明海藻糖的转化率最高达74.9%,较野生型β-CGTase提高约3%。     

红纹黄单胞菌α-氨基酸酯水解酶的分离纯化及酶学性质

【目的】从红纹黄单胞菌中分离纯化了胞内α-氨基酸酯水解酶(AEH),并进行了酶学性质研究。【方法】采用乙酸丁酯破碎细胞,并相继用磷酸钙凝胶沉淀、硫酸铵分级沉淀、DEAE Sephadex A-50阴离子交换处理、CM Cellulose 52离子交换层析和Sephadex G-200凝胶过滤层析纯化得到了电泳纯α-氨基酸酯水解酶,并研究了此酶的酶学性质。【结果】SDS-PAGE显示α-氨基酸酯水解酶的亚基分子量为70 kDa。酶促合成头孢克洛的最适pH为6.8,最适温度为42℃,在pH5.0-8.0和35℃以下,酶保持了良好的稳定性。Mn2+和Ca2+对酶活有一定的促进作用,Cu2+、Fe2+及高浓度的丙酮对酶活有强的抑制作用。AEH催化D-苯甘氨酸甲酯、D-对羟基苯甘氨酸甲酯和头孢克洛水解反应的kcat/Km分别为123.7±3.7 mmol-1.s-1.L、2.9±0.6 mmol-1.s-1.L和101.3±2.1 mmol-1.s-1.L,AEH对D-苯甘氨酸甲酯的催化效率最高。AEH催化双底物反应的机制为乒乓机制,催化合成头孢克洛的kcat为547.3±38.2 s-1。【结论】有关红纹黄单胞菌α-氨基酸酯水解酶的酶学性质研究相对较少,本文的研究将为该酶催化合成β-内酰胺类抗生素的工业化应用提供重要参数。     

随机-半理性组合突变改造ω-转氨酶催化合成(R)-1-(1-萘基)乙胺

(R)-1-(1-萘基)乙胺是合成拟钙剂药物盐酸西那卡塞的关键手性中间体,利用ω-转氨酶不对称还原1-萘乙酮合成(R)-1-(1-萘基)乙胺具有较好的应用前景。文中针对节杆菌属Arthrobacter sp.来源的ω-转氨酶,采用随机突变和半理性设计相结合的策略,获得了催化效率和热稳定性提高的突变酶F225M、C281I和F225M/C281I。与WT相比,双突变体F225M/C281I的kcat提高85%,Km下降56%,催化效率kcat/Km提高3.42倍。此外,F225M/C281I催化10mmol/L1-萘乙酮反应24h的转化率提高了22%。分子对接和分子动力学模拟结果表明,F225M/C281I相比于WT增加了与底物1-萘乙酮之间的Pi-Pi相互作用力,导致其催化效率的提高;而且突变酶F225M/C281I的134–139位点残基的均方根波动(RMSF)相比WT明显降低,与半衰期的略微提高相关。