Bacillus pumilus阿拉伯呋喃糖苷酶的重组表达及水解木聚糖的研究

从短小芽孢杆菌中克隆阿拉伯呋喃糖苷酶基因xyn43并重组表达,有利于将该酶分离纯化后应用于其他半纤维素多糖的水解。该研究利用E.coli BL21表达系统对实验室克隆到的短小芽孢杆菌的α-L-阿拉伯呋喃糖苷酶基因xyn43进行重组表达并分析其酶学性质,将重组α-L-阿拉伯呋喃糖苷酶Xyn43和来源于棒曲霉突变菌株的商业木聚糖酶联合作用于燕麦木聚糖。结果表明:以燕麦木聚糖为底物,重组α-L-阿拉伯呋喃糖苷酶Xyn43的最适温度为50℃,最适p H为6.0。该酶在p H 5.0~10.0和45~55℃下较稳定。与木聚糖酶单独作用相比,重组Xyn43酶与商业木聚糖酶同时加入以及先用木聚糖酶水解后加入Xyn43酶,水解产物中的还原糖含量分别增加了16%和20%,木糖含量增加了35%和48%。该结果研究结果表明重组Xyn43酶能够和商业木聚糖酶协同降解燕麦木聚糖,提高水解效率,产生更多的木寡糖,阿拉伯糖和木糖。     

嗜碱细菌Cellulomonas bogoriensis 69B4T木聚糖酶的表达纯化及性质研究

【目的】对嗜碱细菌Cellulomonas bogoriensis 69B4~T产碱性木聚糖酶进行研究,克隆来源于该菌株的木聚糖酶基因,并对其进行异源表达、纯化及酶学性质的表征,为后续研究碱性木聚糖酶的耐碱机制及应用奠定基础。【方法】采用单因素分析法对菌株产碱性木聚糖酶情况进行研究;通过基因组分析,锚定5个内切木聚糖酶基因,利用同源扩增的方法进行克隆,并在大肠杆菌中重组表达,利用亲和层析对重组酶进行纯化,以木聚糖为底物表征木聚糖酶的酶学性质。【结果】来源于C. bogoriensis 69B4~T的5种木聚糖酶Xyn370、Xyn393、Xyn425、Xyn466和Xyn486均在大肠杆菌内实现了异源表达,并经亲和层析获得纯酶组分,其最适反应温度分别为60、50、40、40、60°C,在50°C范围内保温2h,残余酶活均在90%以上;最适反应p H分别为7.0、8.0、8.0、8.0、9.0,在p H5.0–9.0时具有较好的稳定性;5种重组木聚糖酶对部分金属离子和高浓度盐表现出较好的耐受性,对榉木木聚糖的酶活性最高,均为内切型木聚糖酶。【结论】本研究表达纯化的5种重组木聚糖酶具有耐盐碱的优良特性,且对温度、某些金属离子和化学试剂耐受,为研究木聚糖酶的耐碱机制及工业应用提供了酶源。     

低温木糖苷/阿拉伯呋喃糖苷酶AX543的基因克隆及性质研究

旨在获得在低温条件下具有高催化能力的低温木糖苷酶,并对其进行异源表达研究和酶学性质分析。利用Touch down PCR和TAIL PCR方法,从枝顶孢菌中克隆得到一个序列新颖的GH43家族双功能木糖苷酶/阿拉伯呋喃糖苷酶基因ax543,该酶基因在毕赤酵母中成功表达。酶学性质分析发现重组酶AX543的最适温度为25℃,在15℃和4℃仍有54%和21%的相对酶活;具有木糖苷酶和阿拉伯呋喃糖苷酶活性,并可以降解木二糖、木三糖、桦木木聚糖、榉木木聚糖和小麦阿拉伯木聚糖;可以与木聚糖酶Xyn11-1协同作用,协同度达1.46;具有高木糖/阿拉伯糖耐受性,抑制常数Ki分别为84.78 mmol/L和54.01 mmol/L。     

牦牛瘤胃元基因组文库中木聚糖酶基因的分析

【目的】了解牦牛瘤胃微生物木聚糖酶多样性及其降解特征,为木聚糖降解提供新的基因资源。【方法】根据对已构建的瘤胃微生物元基因组细菌人工染色体(BAC)克隆文库高通量测序结果的注释,筛选其中编码木聚糖酶的基因并进行多样性分析;对其中一个木聚糖酶基因及其连锁的木糖苷酶基因进行克隆表达和酶学性质表征,分析其协同作用。【结果】共筛选到14个木聚糖酶基因,均编码GH10家族木聚糖酶,其氨基酸序列之间的相似性为20.5%-91.3%;其中7个木聚糖酶基因所在的不同的DNA片段(contig)上存在木糖苷酶基因,编码的木糖苷酶属于GH43或GH3糖苷水解酶家族。将其中一对连锁的木聚糖酶(Xyn32)和木糖苷酶基因(Xyl33)分别克隆、表达和纯化。纯化后的木聚糖酶比活为1.98 IU/mg,但不具有阿魏酸酯酶活性;木糖苷酶比活为0.07 U/mg,且具有α-阿拉伯呋喃糖苷酶活性。体外实验证明,木糖苷酶Xyl33对与之连锁的木聚糖酶Xyn32的木聚糖降解具有协同作用。     

C-端引入二硫键对黑曲霉木聚糖酶XynZF-2热稳定性的影响

同源比对黑曲霉XZ-3S木聚糖酶基因xyn ZF-2氨基酸序列,模拟构建木聚糖酶三维结构,确定能够提高酶热稳定性的最佳突变位点。在C-端引入二硫键,突变xyn ZF-2 205位点的色氨酸和52位点的丙氨酸为半胱氨酸,获取突变基因T205C-A52C,表达于大肠杆菌BL21(DE3)。酶学性质比较发现,突变酶Xyn ZFT205C-A52C的最适温度为50℃,比原酶Xyn ZF-2提高了10℃;50℃保温5 min,突变酶相对酶活性为55.36%,原酶相对酶活性为32.62%;原酶与突变酶最适p H均为5.0,但相同p H下突变酶的相对酶活性较原酶高;突变酶的p H稳定区间由原酶的5.0~9.0扩大为3.0~9.0。因此,定点突变T205C和A52C在C-端引入二硫键能提高黑曲霉木聚糖酶Xyn ZF-2热稳定性及p H稳定性。     

烟曲霉FC2-2木聚糖酶基因的大肠杆菌表达产物的表征

本研究对烟曲霉FC2-2的一个木聚糖酶基因Afxyn A在大肠杆菌中的表达产物进行了表征。重组木聚糖酶r Afxyn A最适p H为7.0,在p H 3.0~11.0的范围内都能保持60%以上的酶活力。r Afxyn A最适温度为50℃,在55℃以及60℃时酶活力丧失较快。EDTA对r Afxyn A酶活力具有促进作用,SDS、Ag+及Cu2+对r Afxyn A具有强烈的抑制作用。r Afxyn A对桦木木聚糖的酶动力学参数Km为(2.55±0.10)mg/m L,Vmax为(2 563±115.3)U/mg蛋白。r Afxyn A能够水解木聚糖,形成以木二糖为主的水解产物。r Afxyn A能够水解木三糖、木四糖、木五糖、木六糖等,水解的效率随聚合度的增加而增加。木聚糖酶基因Afxyn A的表达产物的特性分析对于研究该基因的工业化应用具有重要的意义。     

里氏木霉Cel5A基因优化及其在毕赤酵母中的高效表达

内切纤维素酶Cel5A缺乏是限制纤维素酶制剂高效酶解天然纤维素的关键因素。本文尝试构建高效表达里氏木霉Cel5A的毕赤酵母重组菌株以弥补目前Cel5A的天然分泌不足,通过基因密码子偏好性优化里氏木霉Cel5A基因和构建表达载体p PIC9K-eg2,并将其电转入毕赤酵母GS115以构建重组子,利用浓度梯度平板和摇瓶发酵筛选获得一株高产毕赤酵母Pichia pastoris菌株GS115-EGⅡ。重组酶的酶学性质分析显示,该酶分子量50 k Da、最适p H(p H 4.5)略有降低及最适反应温度为60℃,专一性地作用于非结晶纤维素,与天然里氏木霉Cel5A并无明显区别。通过摇瓶发酵的初步优化,该菌摇瓶培养条件:培养温度28℃、起始p H 5.0、接种量2%、每24 h添加甲醇1.5%(V/V)、每24 h添加山梨醇4 g/L及吐温80添加4 g/L,发酵192 h重组酶酶活达到24.0 U/m L。进一步上罐(5 L)发酵180 h,该重组酶Cel5A酶活高达270.9 U/m L,蛋白含量达到4.16 g/L。重组毕赤酵母P.pastoris GS115-EGⅡ是一株适合于外源表达Cel5A的工程菌,该重组酶可替代天然分泌Cel5A适用于当前酶基生物炼制模式下木质纤维素基质高效水解中。     

嗜热木聚糖酶基因在毕赤酵母中的表达及其酶学性质

木聚糖酶Umxyn10A,属于GH10家族,包含一段跨膜区和GH10家族催化功能域,将跨膜区去掉后,剩余部分重命名为Umxyn10AQ。按毕赤酵母密码子偏好性将Umxyn10AQ序列进行密码子优化,与毕赤酵母表达载体p PIC9K相连。重组质粒p PIC9K-Umxyn10AQ经SalⅠ单酶切线性化后转至毕赤酵母(Pichia pastoris)GS115。经G418筛选得到重组毕赤酵母菌株GS115/Umxyn10AQ,每12 h添加1%甲醇诱导剂。DNS法测定重组木聚糖酶re Umxyn10AQ酶活,最高酶活达到15 U/m L,SDS-PAGE分析表明,re Umxyn10AQ相对分子质量为45.0 k D。重组木聚糖酶re Umxyn10AQ的最适p H为8.0,最适反应温度85℃,Co2+对该酶活有显著促进作用,提高了近20%,水解产物为木糖(14%)、木二糖(86%)。结果表明,木聚糖酶Umxyn10AQ在毕赤酵母中成功表达并且分泌到胞外,相较于大肠杆菌表达产物Umxyn10A,最适p H提高了1.5个单位、最适温度提高了10个单位,p H耐受性和温度耐受性都有所改善,并且主要水解产物仍为木二糖。     

耐热羧肽酶Taq基因在毕赤酵母中的表达

为了获取表达羧肽酶Taq毕赤酵母工程菌,通过密码子优化,依据毕赤酵母密码子偏爱性,在体外合成了栖热水生菌的耐热羧肽酶Taq基因。将该基因克隆到毕赤酵母表达载体p HBM905A上并引入6×His标签,构建了重组质粒p HBM905A-Cpase Taq。将该重组质粒转化毕赤酵母GS115,经1%甲醇诱导表达72 h,酶产量达0.1 mg/m L。对纯化的重组酶进行酶活性分析表明在75℃,p H为7.5时,该酶比酶活性为80 U/mg。本研究首次证明了羧肽酶Taq能在毕赤酵母中有效分泌表达,可以被大量制备,进而为多肽水解为氨基酸奠定工业基础。     

灰色链霉菌中乙酰木聚糖酯酶基因的克隆、表达及酶学性质研究

根据Gen Bank数据库中已报道的灰色链霉菌(Streptomyces griseus)全基因组序列,分析得到假定的乙酰木聚糖酯酶基因序列并设计引物;利用分子克隆的方法得到该菌株基因组中乙酰木聚糖酯酶基因,并构建原核表达载体p ET28a-Sgraxe,经IPTG诱导表达重组Sgr Axe,Ni-NTA亲和层析法纯化该蛋白。结果显示,克隆得到乙酰木聚糖酯酶基因axe,其序列全长1 008 bp,编码336个氨基酸。SDS-PAGE检测带有p ET28a-Sgraxe转化菌株诱导表达产物相对分子量约为37 k D,与理论值相符。纯化的重组Sgr Axe酶学性质表明,该酶最适反应温度为50℃,最适p H8.0,热稳定性较强,p H作用范围广;金属离子对酶均表现为抑制作用,尤其是Zn2+严重抑制酶活力;重组酶特征的分析揭示了其在工业中潜在的应用价值。