理性设计二硫键提高华根霉脂肪酶热稳定性

【背景】华根霉脂肪酶的工业应用前景广泛,但是受到酶热稳定性较差的限制。【目的】对华根霉Rhizopus chinensis CCTCC M201021脂肪酶r27RCL分子结构进行理性设计,以提高该酶热稳定性。【方法】以Disulfide by design软件筛选r27RCL分子表面能够形成二硫键的突变位点,共得到7对二硫键突变。利用全质粒PCR进行定点突变,并在毕赤酵母中表达获得突变酶。【结果】最佳突变酶m9/10 (S85C-Q145C)与野生型酶r27RCL相比,60°C下的半衰期分别提高了4.5倍,T_m值提高了4.2°C,而催化活性保持不变。蛋白质晶体结构模拟显示,位于β2折叠上的85C和位于α4螺旋上的145C可形成二硫键,从而提高酶的热稳定性。【结论】酶分子中引入新增二硫键可以显著提升酶的热稳定性。     

易错PCR提高华根霉脂肪酶的热稳定性

为了提高华根霉Rhizopus chinensis CCTCC M201021脂肪酶的热稳定性,运用定向进化-易错PCR的方法,经两轮易错PCR引入突变,利用fast-blue RR顶层琼脂法对突变文库进行筛选,第一轮易错PCR后筛选到2株突变菌株,第二轮筛选到4株突变株。第二轮最佳突变株Ep2-4,其中3个氨基酸发生了突变：A129S、P168L和V329A。该突变酶ep2-4在60 ℃下半衰期相对原始酶r27RCL提高5.4倍,T50值提高7.8 ℃。酶学性质研究表明,突变酶ep2-4在热稳定性提高的基础上,仍保有良好的催化活性。蛋白质三维结构模拟显示,突变A129S可以和Gln133形成氢键,增加了酶表面的亲水性和极性;P168L可以与邻近的Leu164形成疏水键,导致突变酶的热稳定性提高。     

华根霉产脂肪酶发酵培养基的研究

我对摇瓶培养基存在的豆饼粉含量较高,发酵过程中产生大量泡沫,放大困难的问题,在用华根霉发酵生产脂肪酶中,以豆饼粉－蛋白胨培养基为出发培养基,经优化后的培养基组成为：工业蛋白胨６％,豆饼粉２％,卵磷脂１％,葡萄糖１％,磷酸氢二 酸镁０．０５％。与优化前相比,不仅减少了发酵过程中产生的泡沫,有利于大罐发罐,而且减少了豆饼粉残留,酶活提高１０％。     

定点突变提高苯丙氨酸羟化酶的热稳定性

嗜热菌中,蛋白质存在Ala替换Gly以及Arg替换Lys的趋势。为了提高紫色色杆菌来源的苯丙氨酸羟化酶的热稳定性,将该酶中所有Gly突变成Ala,Lys突变成Arg,筛选获得热稳定性提高的突变体,并进行组合突变,对突变酶的酶学性质进行研究。结果表明,突变酶K94R和G221A在50℃的半衰期分别为26.2 min、16.8 min,比原始酶(9.0 min)分别提高了1.9倍、0.9倍,同时组合突变酶K94R/G221A在50℃处理1 h后仍保留65.6%的酶活,比原始酶(8.6%)高出6.6倍。圆二色谱结果显示原始酶和突变酶K94R、G221A及K94R/G221A的T_m值分别为51.5℃、53.8℃、53.1℃和54.8℃。蛋白三维结构模拟推测突变体热稳定性提高机理为:突变体K94R中Arg94与Ile95之间形成额外氢键,稳定其所在的柔性区域;突变体G221A中Ala221与Leu281产生疏水作用,稳定酶分子C-端柔性区。该研究结果为蛋白质热稳定性改造提供了参考,也为苯丙氨酸羟化酶在功能性食品领域的应用奠定了基础。     

华根霉脂肪酶有机相合成酶活的研究

通过比较7种微生物脂肪酶的有机相合成酶活、水相水解酶活及在正庚烷中催化己酸乙酯合成的能力,证明了合成酶活与水解酶活相关性不高,合成酶活比水解酶活更能反映脂肪酶的合成能力。通过比较两株华根霉(Rhizopus chinensis)脂肪酶酶活,发现合成酶活相差较大,表明相同种属微生物的脂肪酶合成酶活存在不同。对．Rhizopus chinensis-2液态发酵产脂肪酶进程研究发现,水解酶活高峰先于合成酶活高峰大约12h。将不同培养时间的Rhizopus chinensis-2全细胞脂肪酶用于催化己酸乙酯合成,具有高合成酶活的全细胞脂肪酶催化己酸乙酯合成反应较快。因此,全细胞脂肪酶用于催化有机相酯合成反应时,具有高脂肪酶合成酶活的菌体具有较好的催化酯合成能力。     

华根霉脂肪酶在黑曲霉中的重组表达研究

将华根霉脂肪酶基因RCL在黑曲霉中进行了重组表达。通过PCR技术分别获得黑曲霉Pgpd启动子和RCL-Ttrp C融合片段并克隆至质粒p CHAMBIA230,构建出RCL超表达载体p CHAMBIA2302∷Pgpd-RCL-Ttrp C。将该载体通过冻融法转化农杆菌EHA105,进而通过农杆菌介导转化法转化黑曲霉,随机挑选7株转化子,进行PCR和Southern杂交鉴定,均为阳性。对这7株转化子进行发酵和脂肪酶活力测定,结果显示,所有转化子均能表达RCL,其中T6转化子的脂肪酶活力最高,达到71 U/m L。SDS-PAGE分析表明,重组表达的RCL的分子量约为37 k D。     

华根霉胞内脂肪酶同功酶酶学性质研究

华根霉(Rhizopus chinensis CCTCCM201021)细胞破碎液经硫酸铵分级盐析、Phenyl-Sepharose FF疏水层析、DEAE-Sepharose FF离子交换层析和Sephadex G100凝胶层析得到两种脂肪酶同功酶:Lip1和Lip2。SDS-PAGE显示其亚基分子量分别为59.2kD和39.4kD。Lip1和Lip2的最适反应pH和最适反应温度相近,分别为8.0、8.5和40℃、35℃。但底物专一性差异明显:Lip1对pNP脂肪酸酯的长链脂肪酸有较高的专一性,Lip2对pNP脂肪酸酯的短链脂肪酸专一性较好;Lip1对三油酸甘油酯表现1,3-位置特异性,而Lip2没有位置选择性。1mmol/L的Ca2 、Mg2 对Lip1、Lip2有较好的激活作用;SDS强烈抑制酶活力。Lip1、Lip2在环己烷、正己烷、正庚烷和异辛烷(30%V/V)中稳定性良好。     

定点突变提高木聚糖酶Umxyn10A的热稳定性

木聚糖酶是微生物半纤维素降解体系中的一种关键酶,被广泛地应用在工业中的多个领域。本研究为了提高木聚糖酶Umxyn10A (ABL73-883.1)的热稳定性,将Umxyn10A与GH 10家族4种耐热木聚糖酶进行多序列同源比对以及三维结构的同源建模分析,选定了Umxyn10A第31位氨基酸位点进行定点突变,将氨基酸Ala (A)突变为Phe (F)。分别将Umxyn10A和Umxyn10AA31F在大肠杆菌中进行重组表达,分析2种重组酶的酶学特性,结果发现,Umxyn10AA31F的最适反应温度为85℃,较野生重组酶提高了5℃;在65℃下的半衰期为105 min,较野生重组酶(15 min)提高了6倍;在70℃下突变重组酶的半衰期为15 min,较野生重组酶(5 min)提高了2倍;与此同时突变重组酶的pH耐受区间较原酶也有一定的增大。结果表明,将第31位氨基酸位点Ala突变为Phe能够显著的提高Umxyn10A的热稳定性。     

定点突变提高土曲霉Aspergillus terreus脂肪酶的催化活性

本研究旨在利用理性设计的方法来提高来源于土曲霉Aspergillus terreus的酸性脂肪酶ATL的催化活力。通过同源比对,选择脂肪酶盖子区域和底物结合口袋域中的位点进行定点突变,得到8种ATL的突变脂肪酶。结果发现,盖子区域突变酶ATLLid与底物结合口袋域突变酶ATLV218W的催化活性显著提高。ATLLid和ATLV218W对底物对硝基苯酚月桂酸酯p-nitrophenyl laurate(p-NPL)的催化活性最高,k_(cat)值较ATL分别提高了39.37倍和50.79倍,k_(cat)/K_m值较ATL分别提高了2.85倍和8.48倍。与ATL相比,ATLLid和ATLV218W的热稳定性略有下降,最适p H为5.0,p H 4.0–8.0具有较好的稳定性,说明突变未对ATL的嗜酸耐酸特性产生影响。通过同源建模模拟及分子对接技术分析底物p-NPL与酶分子间的相互作用,解析了ATLLid和ATLV218W催化活性提高的机理。     

华根霉合成活性脂肪酶液态发酵菌体形态调控的研究

华根霉(CCTCC M201021)膜结合脂肪酶在非水相中具有突出的催化酯合成的能力,在生物香料、生物柴油生产等工业应用中具有良好的前景.与许多丝状真茵形态影响其初级及次级代谢产物的生产相类似,华根霉在液态发酵中也会形成不同的茵体形态,显著影响合成活性膜结合脂肪酶的发酵水平.本研究以华根霉菌体形态及脂肪酶合成活性为指标...     

D190V点突变提高华根霉Rhizopus chinensis CCTCC M201021脂肪酶的最适温度和热稳定性

【目的】对来源于Rhizopus chinensis CCTCC M201021的脂肪酶进行了D190V定点突变, 提高该酶的最适温度和热稳定性。【方法】对毕赤酵母表达的突变酶D190V与野生型酶r27RCL进行酶学性质比较。【结果】D190V的最适温度比r27RCL高5 °C, 65 °C下的半衰期提高了一倍, 在其他性质方面, 突变酶D190V与r27RCL基本相似。【结论】通过结构分析表明, 定点突变D190V提高该酶稳定性的主要原因可能在于提高了突变位点所在的α螺旋的稳定性以及增强了稳定蛋白质结构的氢键作用力。     

通过定点突变提高纳豆激酶纤溶活性和热稳定性

纳豆激酶（Nattokinase, NK）是一种纤溶酶，可溶解血栓，常用于治疗心血管疾病（CVDs）。然而，野生型NK往往表现出很少的纤溶能力和较低的热稳定性，针对如何提高NK的热稳定性和活性开展研究。使用重叠延伸PCR法将NK中位于194位的Ser替换为Pro，为验证突变后的热稳定性，将野生型NK和突变体S194P均在不同温度下孵育相同时间，使用纤维蛋白板法测定二者酶活，验证热稳定性。成功构建了pET-26b-NK_S194P，测量酶活结果显示，野生型NK和突变体S194P酶活分别达到101.30 IU/mL和123.23 IU/mL，结果表明突变体S194P的酶活比野生型NK高（18.10±2）%，将野生型NK和突变体S194P在60~65 ℃温度下孵育30 min后测量酶活，野生型NK在63 ℃时丧失酶活，突变体S194P在65 ℃时丧失酶活，耐热温度提高2 ℃。结果表明，突变体S194p的蛋白结构在突变后发生了改变，使NK提高了耐热温度。     

重组毕赤酵母表达华根霉脂肪酶发酵液的絮凝除菌条件研究

在重组毕赤酵母表达华根霉脂肪酶的研究中,目的蛋白的提取收率是关键.由于产物脂肪酶是分泌在发酵液中,常用的方法是加入絮凝剂使茵体沉淀,再通过离心获取上清液中的目的蛋白.本研究改良了传统的絮凝剂配方,确定了絮凝剂的新配方:发酵液中加入2%的氯化钙以及磷酸氢二钠按摩尔比1:1混合液,500 mg/L聚丙烯酰胺,同时调节发酵液...     

重组毕赤酵母产华根霉脂肪酶的陶瓷膜微滤除菌工艺研究

在重组毕赤酵母生产脂肪酶的提取中,应用并优化了陶瓷膜微滤除茵工艺,确定了最佳条件为膜截留分子量500kDa、膜操作压力0．3Ⅷa、温度20℃、湿菌体含量35％,先对发酵液稀释1．5倍后再进行洗滤。40L处理量的小试结果显示,在5h处理时间内,能获得高达92．70％的酶活回收率。560L处理量的中试放大,酶活回收率为89．91％,耗时5．5h。在膜的清洗与再生中,采用2％NaC10和2％NaOH在60℃、0．3MPa膜压力下进行清洗40min,清水膜通量恢复率为98．14％。陶瓷膜与板框除菌的比较试验发现,两种方法都获得了微生物限量合格的产品和较高的酶活回收率,但陶瓷膜微滤的滤液微生物检出量更低,处理时间较短,动力能耗更低,易与超滤膜耦合提取,废水产生量更少,菌体废渣易于回收,是一种节能减排、清洁环保的新型除茵工艺。     

华根霉前导肽和成熟肽脂肪酶基因的克隆表达及性质研究

以华根霉(Rhizopus chinensis CCTCCM201021)为出发菌株,提取总DNA,PCR扩增出前导肽脂肪酶基因(proRCL)及成熟肽脂肪酶基因(mRCL),克隆到原核载体pET-28a,转化E-coli BL21(DE3),诱导表达并纯化出活性目的蛋白.经SDS-PAGE分析,重组蛋白ProRCL和MRCL的分子量分别约43 kD和33 kD.两重组脂肪酶主要酶学性质基本相似,最适反应温度均为35℃,40℃下较为稳定;最适反应pH相近,分别为8.0和8.5;以pNP脂肪酸酯为底物,均对短链脂肪酸酯底物特异性较高.MPCL上述性质与野生型RCL基本一致.研究结果表明,通过条件控制可以利用E.coli表达系统表达具有活性的华根霉前导肽脂肪酶ProRCL和成熟肽脂肪酶MRCL.与米根霉脂肪酶(ROL)不同,前导序列对华根霉脂肪酶的主要酶学特性没有显著影响.     

单引物PCR法引入定点突变

目的:利用单个突变引物,在含人呼吸道合胞病毒F蛋白基因编码序列的pc DNA3.1(+)-F质粒中,通过单次环形PCR在特定序列位置引入定点突变。方法:以双链环状的pc DNA3.1(+)-F质粒DNA为模板,设计分别含有三种目的突变N70Q,I431N,Q270T的三条单引物,分别进行单次PCR。用甲基化DNA特异的限制性内切酶Dpn I处理PCR产物后转化大肠杆菌DH5α,进行克隆筛选,酶切鉴定和测序分析。结果:酶切鉴定结果和测序结果均符合预期,利用单引物PCR法成功在含人呼吸道合胞病毒F蛋白基因编码序列的pc DNA3.1(+)-F质粒DNA中引入了单碱基突变、两个间隔碱基突变及相邻三碱基突变三种目的突变。结论:单引物PCR法解决了常规定点突变方法中多个PCR反应,程序繁琐及突变效率低等问题,是一种简便、快速、有效的基因工程定点突变新方法。     

华根霉液态培养生产脂肪酶不同形态菌体的转录组差异分析

【背景】作为发酵工业中一类重要的生产菌株,丝状真菌目的产物的形成与菌体形态有着紧密的联系。华根霉(Rhizopus chinensis)CCTCC M201021是从我国传统酿造浓香型白酒大曲中筛选到的一株丝状真菌,其生成的包括脂肪酶在内的酶蛋白具有较高的工业应用价值。【目的】华根霉(Rhizopus chinensis)CCTCC M201021在脂肪酶液态发酵中形成两种不同形态菌体,发酵表现差异明显。本研究考察华根霉不同菌体形态及其细胞代谢在转录组水平的内在差异。【方法】基于RNA-Seq高通量转录组测序,分别对液态培养获得的不同形态华根霉菌体高表达和显著差异表达的转录基因进行功能分析。【结果】两种形态菌体转录组存在明显的差异。利用RPKM值对表达量最高的前20个基因进行分析,聚集态菌体高表达基因主要为不同类别的核糖体蛋白,而分散态菌体中与细胞形态相关的几丁质酶及与信号传导相关的基因也是高表达基因。在两种形态菌体显著差异表达的20个基因中,除了涉及代谢的基因有明显不同外,分散态菌体中也有一些涉及"细胞过程与信号"的基因上调表达显著。两种形态菌体中独有表达基因总体表达量均较低,但聚集态菌体独有表达基因在基因种类和表达量上都要明显高于分散态菌体。同时,转录分析表明,华根霉脂肪酶在聚集菌体中较高的生产水平与脂肪酶基因的高水平转录有关。【结论】菌体形态的差异显著影响了华根霉的转录组,不仅不同形态菌体高表达基因和显著差异表达基因有明显不同,而且功能相同的蛋白在不同菌体形态下也多是由不同基因表达,它们可能承担着不同的作用。总体而言,华根霉聚集态菌体中存在更为复杂的生理过程,而分散菌体中受到信号的传导和调控似乎更多。菌体形态的改变可能是细胞分化的结果,伴随着菌体对细胞微环境改变的一种响应。研究结果为深入了解丝状真菌形态分化的内在机制及其影响提供了一些线索。     

定点突变提高里氏木霉木聚糖酶 (XYN II) 的稳定性

通过定点突变的方法,在来源于里氏木霉Trichderma reesei的木聚糖酶XYN II的N-末端两个β折叠片层间添加二硫键,以提高木聚糖酶的稳定性。原酶XYN-OU和突变酶XYN-HA12 (T2C、T28C和S156F) 分别在毕赤酵母中分泌表达,突变酶与原酶纯化后进行酶学性质比较。结果表明：突变酶最适反应温度由50℃提高到60℃;在70℃的半衰期由1 min提高到14 min;最适反应pH为5.0,与原酶保持一致,但是在50℃、30 min条件下的pH稳定范围由4.0~9.0扩展到3.0~10.0。对木聚糖酶分子改良的结果反映出在β片层间添加二硫键可以有效改善酶在较高温度下三维结构的刚性,提高热稳定性。     

基因拷贝数和甲醇浓度对重组毕赤酵母产华根霉脂肪酶的影响

将华根霉脂肪酶基因克隆到甲基营养型毕赤酵母中表达,以甲醇利用快型菌株为宿主,在7 L发酵罐水平对脂肪酶基因拷贝数分别为3、5、6的3株基因重组菌——XY RCL-3、XY RCL-5、XY RCL-6进行高密度发酵调控,同时研究了甲醇浓度对表达华根霉脂肪酶的影响。结果表明,XY RCL-5在相同条件下发酵产酶能力高于XY RCL-6和XY RCL-3,最适甲醇诱导浓度控制在0.1%±0.02%时,酶活可达到12 500 U/mL,菌体干重达到204 g/L,蛋白浓度也能达到8.02 g/L。