头状轮生链霉菌谷氨酰胺合成酶的研究 Ⅰ.酶的生成和纯化

以氨为氮源培养头状轮生链霉菌(Streptoverticillium caespitosus)时粗抽提液中谷氨酰胺合成酶(glutamine synthetase, GS)对热稳定,以硝酸盐为氮源时GS对热不稳定。以硫酸链霉素沉淀、热处理、聚乙烯亚胺(PEI)沉淀和Affini-gel Blue柱纯化了前者,以DE-52柱和Affini-gel Blue柱纯化了后者,纯化后两个酶分子量同为550000,亚基分子量同为56000,热稳定性相同,转谷氨酰基酶活力的最适pH均在6.4～6.7之间,对谷氨酰胺的K_m值同为11.1mmol/L,寸羟胺的K_m值同为1.6mmol/L,所以认为此菌中总是同一GS表现出活力。     

头状轮生链霉菌谷氨酰胺合成酶的研究 Ⅱ.酶的性质和调节

头状轮生链霉菌(Streptoverticillium caespitosus)谷氨酰胺合成酶(Glutamine synthetase,GS)生物活性的最适pH为7。测活系统中必须加入Mn~(2 )或Mg~(2 ),二者分别作激活离子时得到的酶的参数不同。Mn~(2 )对GS有稳定作用。一些金属离子如Ca~(2 )等强烈地抑制生物活性。GS的最适温度为50℃,对ATP、谷氨酸和NH_4Cl的Km值分别为1.75、2.78和5mmol/L。NH_4Cl的浓度小于10mmol/L时对酶有正协同效应,大于10mmol/L时对酶有负协同效应。GS可被氨阻遏,比活能被硝酸盐促进。一些代谢物对GS有累积反馈抑制作用。发酵过程中加入氨后无“氨休克”现象,高氨条件下的GS不受蛇毒磷酸二酯酶(SVPDE)的作用,所以此酶无腺苷酰化—去腺苷酰化调节。     

头状轮生链霉菌谷氨酰胺合成酶的研究 Ⅱ.酶的性质和调节

头状轮生链霉菌(Streptoverticillium caespitosus)谷氨酰胺合成酶(Glutamine synthetase,GS)生物活性的最适pH为7。测活系统中必须加入Mn~(2+)或Mg~(2+),二者分别作激活离子时得到的酶的参数不同。Mn~(2+)对GS有稳定作用。一些金属离子如Ca~(2+)等强烈地抑制生物活性。GS的最适温度为50℃,对ATP、谷氨酸和NH_4Cl的Km值分别为1.75、2.78和5mmol/L。NH_4Cl的浓度小于10mmol/L时对酶有正协同效应,大于10mmol/L时对酶有负协同效应。GS可被氨阻遏,比活能被硝酸盐促进。一些代谢物对GS有累积反馈抑制作用。发酵过程中加入氨后无“氨休克”现象,高氨条件下的GS不受蛇毒磷酸二酯酶(SVPDE)的作用,所以此酶无腺苷酰化—去腺苷酰化调节。     

头状轮生链霉菌芳香族氨基酸合成途径的调节

对头状轮生链霉菌(Streptoverticillium caespitosus)芳香氨基酸合成途径的研究表明,第一个酶即3—脱氧—α—阿拉伯庚酮糖-7-磷酸(DAHP)合成酶无同工酶,不被L-色氨酸阻遏,比活力可被硝酸盐促进。L-色氨酸强烈地反馈抑制此酶,L-酪氨酸和L-苯丙氨酸无作用。L-色氨酸的反馈抑制对磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)是非竞争性的,K_I为373μmol/L。酶对PEP和4-磷酸亦藓糖(E4P)的K_m值分别为50和100μmol/L。PEP和C0²⁺对酶有稳定作用。邻氨基苯甲酸合成酶活力可被1mmol/L L-色氨酸完全抑制,此酶也受L-色氨酸的阻遏,但是色氨酸支路上其余4个酶不被阻遏。分支酸变位酶被L-酪氨酸抑制。L-苯丙氨酸抑制预苯酸脱水酶,并更强地抑制预苯酸脱氢酶。     

林肯链霉菌谷氨酰胺合成酶的酶学性质

在分离纯化的基础上,报道了pH、温度和金属离子对林肯链霉菌(Streptomyceslincolnensis)Z-512谷氨酸胺合成酶(GS)活力的影响及GS底物专一性的研究结果.在动力学性质的研究中,发现林肯链霉菌GS在生物合成反应系统中,对底物NH_4CI的饱和曲线不遵守米氏方程.Hill作图呈两相曲线.在NH_4CI浓度低的情况下,Hill系数大于1,具有正协同效应;当NH_4CI浓度增加到一定程度时,Hill系数小于1,具有负协同效应.这说明NH_4CI不仅作为林肯链霉菌GS的底物,而且作为一种效应物调节GS的活性.林肯链霉菌GS对底物Glu及ATP的饱和曲线遵守米氏方程.在不同的激活离子存在下,GS对Glu、ATP的Km值也不同.     

头状轮生链霉菌中丝裂霉素C抗性基因的克隆及功能研究

头状轮生链霉菌(\%Streptoverticillium caespitosus\%)ATCC27422是抗肿瘤药物丝裂霉素的主要产生菌,实验通过诱变筛选获得不产生丝裂霉素同时对丝裂霉素C敏感的阻断变种S6,并以它为受体宿主,以质粒pIJ699为载体,建立野生型头状轮生链霉菌菌株ATCC27422的基因库。采用鸟枪法克隆技术,从库中筛选获得含有丝裂霉素C抗性基因的62kb外源片段的克隆子。将含此外源片段的质粒pLX5导入变铅青链霉菌(\%Streptomyces lividans\%)获得表达。并且首次成功地运用电穿孔法将pLX5导入野生型菌株中,使其对丝裂霉素C的抗性大幅度提高：最低抑制浓度(MIC)由原来的200μg/mL上升至1000μg/mL以上。摇瓶发酵实验表明：单位菌量的ATCC27422(pLX5)的丝裂霉素产量高于野生菌株ATCC27422,因此丝裂霉素C抗性与产量之间存在一定的相关性。     

林肯链霉菌谷氨酰胺合成酶活力调节的研究

对不同氮源生长条件下林肯链霉菌无细胞粗提液中谷氨酰胺合成酶 (GS)的研究结果表明 ,高浓度NH+4阻遏了GS的生物合成。从不同氮源生长条件下林肯链霉菌中分离纯化了GS ,其性质没有差别。以受腺苷化调节的产气克雷伯氏菌GS作对照 ,林肯链霉菌GS没有明显的氨休克作用 ,经蛇毒磷酸二酯酶处理后 ,其活力没有变化。这些结果都说明林肯链霉菌GS不存在腺苷化共价修饰这一调节方式。反馈抑制作用是林肯链霉菌GS的一种重要的调节方式 ,这种抑制作用是以累积的方式进行的 ,这表明各种抑制剂对GS作用位点不同 ,各种抑制剂对GS的抑制作用是相互独立的。由此推测 ,林肯链霉菌GS是一种变构酶。     

吸水链霉菌谷氨酰胺转胺酶分离纯化方法改进及结构研究

利用改进的新方法,对吸水链霉菌谷氨酰胺转氨酶(TGase)进行分离纯化.将发酵上清液经过硫酸铵分级盐析后,用Hitrap Q HP阴离子交换柱除掉干扰较大的色素,之后又经Superdex 75 10/300GL凝胶柱和Hitrap Q HP阴离子交换柱的分离,得到高纯度的TGase.纯化后TGase的比活力可达24.5 U/mg,回收率为39.9%.TGase的N-末端前6个氨基酸经测序为DAADER.该研究是对吸水链霉菌TGase的N-末端氨基酸序列的首次报道.将吸水链霉菌TGase的N-末端氨基酸序列与已报道的其它3种链霉菌来源的TGase的N-端氧基酸序列进行比对,序列相似性不高.预测和分析了吸水链霉菌TGase的高级结构,为进一步研究TGase结构和功能的关系,蛋白分子定向改造提供理论依据.     

碳源对轮枝链霉菌SK-2合成谷氨酰胺转胺酶的影响

研究不同的碳源对轮枝链霉菌(StreptoverticilliumSK-2产谷氨酰胺转胺酶的影响.结果2%甘油是最有效的碳源,其最高酶活达7.89μmol/(min*ml);添加油脂有助于菌体产酶,在各种油脂中,以添加橄榄油效果最好.并进一步研究了甘油和橄榄油作为复合碳源对产酶的影响.     

小麦谷氨酰胺合成酶的原核表达特点

谷氨酰胺合成酶(GS)是植物氮同化的关键酶,为了研究小麦GS同工酶的结构及其表达特点,我们构建了小麦GS1、GSr、GSe、GS2和GS2前体GS2p的原核表达载体,并对表达条件进行了优化。结果表明,尽管小麦GS同工酶氨基酸序列同源性达70%–80%,蛋白质表达却各具特点。30℃诱导3 h后,GSr、GSe及GS2表达量达最大,诱导7 h后GS1表达量达最大,GS2p不表达,表达量依次为GS1(22%)GSr(15%)GS2(12%)GSe(5%);且GSe可溶性表达,GS1主要为可溶性表达,而GSr和GS2为包涵体。30℃诱导3 h,GS同工酶相对转录量为GSr(7.59)GS2(1.84)GS2p(1.66)GSe(1.46)GS1(1.00),酶蛋白质翻译水平与转录水平不一致。mRNA结构分析显示,GS同工酶翻译起始区稳定二级结构的自由能不同:GS1(14.4)GSr(17.2)GS2(22.6)GSe(25.4)GS2p(31.6),自由能越小,翻译起始区结构越不稳定,蛋白表达水平越高。GS1、GSr、GSe和GS2可溶性表达的最佳诱导条件不同,分别是30℃诱导5 h、16℃诱导15 h、37℃诱导5 h及25℃诱导7 h;可溶性表达量为GS1(20%)GSr(13%)GS2(10%)GSe(7%),酶活性为GS1GSeGS2,GSr无活性。可见,GS同工酶的基因序列决定了蛋白质在原核细胞中的表达量、状态及其活性。     

NaCl对轮枝链霉菌产谷氨酰胺转胺酶的促进作用研究

为了提高轮枝链霉菌发酵生产谷氨酰胺转胺酶的产量,研究了3种无机盐(NaCl、MgCl₂、KCl)对发酵产酶的影响。研究表明0.5%MgCl₂、0.5%NaCl均可促进菌体产酶,其中添加NaCl后谷氨酰胺转胺酶酶活提高最为显著。SDS-PAGE图谱分析显示,在各取样点实验组谷氨酰胺转胺酶酶原和成熟酶的总量高于对照,而且实验组成熟酶的增加也比对照快,从而显示NaCl是通过促进酶原的分泌和谷氨酰胺转胺酶的成熟,从而提高酶活、提早产酶。对NaCl的添加量进行优化,表明NaCl的最适添加量为0.5%,在此条件下,与对照相比,酶活水平提高了12%以上,发酵终点提前了约15h。     

林肯链霉菌谷氨酸合酶的纯化和性质

采用硫酸铵分级沉淀、离子交换层析、凝胶过滤和吸附层析等方法 ,分离纯化了林肯链霉菌谷氨酸合酶 ,电泳鉴定为单一组分 .这是链霉菌中的第 1例 .谷氨酸合酶很不稳定 ,向酶缓冲液中加入α -KG ,PMSF ,EDTA ,β 巯基乙醇和甘油可以大大提高其稳定性 .测得全酶分子量为 1 38ku ,亚基分子量为 81和 5 7ku ,表明该酶由2个不相同的亚基构成 .吸收光谱在 380和 440nm附近没有吸收峰 ,表明该酶是不含铁的非黄素蛋白质 .该酶反应的最适 pH为 7 .2 ,最适温度为 30℃ .该酶对NADH ,α KG和L -Gln的表观Km 值分别为 5. 2 1× 1 0 ^-5 ,4. 1 7× 1 0 ^-4 和 4. 35× 1 0 ^-4 mol/L .以NADPH代替NADH作电子供体 ,该酶仍表现出部分活力 .反应产物Glu和NAD⁺,部分金属离子、氨基酸及三羧酸循环中间物对该酶活力有不同程度的抑制作用 .     

天蓝色链霉菌中长链3-酮脂酰ACP合成酶的功能

【背景】链霉菌属于放线菌科,在土壤环境中广泛分布。链霉菌具有复杂的形态分化和多样性的次生代谢网络,能产生大量具有生物活性的次级代谢产物,被广泛深入研究。【目的】天蓝色链霉菌是链霉菌的模式菌株,其脂肪酸合成代谢与次级代谢联系紧密,但目前脂肪酸合成代谢途径还不清楚,其长链3-酮脂酰ACP合成酶还未见报道。【方法】利用大肠杆菌FabF序列进行同源比对,发现天蓝色链霉菌A3(2)的基因组中,SCO2390(ScoFabF1)、SCO1266(ScoFabF2)、SCO0548(ScoFabF3)和SCO5886 (ScoRedR)具有较高的相似性,并具有保守的Cys-His-His催化活性中心,可能具有长链3-酮脂酰ACP合成酶活性。采用PCR扩增方法分别获得以上基因,连入表达载体pBAD24M后分别互补大肠杆菌fabB(ts)突变株和fabB(ts)fabF双突变株,并检测转化子的生长情况。以上基因与pET-28b连接后,在大肠杆菌BL21(DE3)中表达,并利用Ni-NTA纯化获得蛋白,体外测定其催化活性。将以上基因分别互补大肠杆菌fabF突变株后,GC-MS测定互补株的脂肪酸组成。【结果】4个同源基因中,只有ScofabF1能恢复fabB(ts)fabF双突变株42°C时在添加油酸条件下的生长,其他3个基因均不能恢复生长。而这4个基因都不能恢复fabB(ts)突变株42°C时生长。体外活性测定ScoFabF1具有长链3-酮脂酰ACP合成酶活性,其他3个蛋白都不具有该活性。仅ScofabF1能显著提高大肠杆菌fabF突变株的顺-11-十八碳烯酸(C18:1)比例,其他3个基因都不具有该功能。【结论】天蓝色链霉菌中ScofabF1编码长链3-酮脂酰ACP合成酶II,在脂肪酸利用过程中发挥重要作用。天蓝色链霉菌中没有发现编码长链3-酮脂酰ACP合成酶I的基因,其可能通过其他途径合成少量的不饱和脂肪酸。以上研究结果为进一步研究天蓝色链霉菌中脂肪酸合成机制奠定了基础。     

链霉菌壳聚糖酶的纯化及其酶学性质

分离纯化从烟台近海土壤筛选的链霉菌来源壳聚糖酶,并对其酶学性质进行研究。通过(NH4)2SO4分级沉淀分离得粗酶,透析后经Sephadex G-100柱纯化,得到2种壳聚糖酶(ChA和ChB)。SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳及Sephadex G-75凝胶过滤确定ChA的相对分子质量,研究ChA的最适底物水解条件、热稳定性、水解动力学及金属离子对酶活性影响。结果表明:ChA为单亚基蛋白,相对分子质量为4.16×104,在220和280 nm处呈现两个紫外吸收峰,催化水解壳聚糖的最适pH为5.0～5.5,最适温度为55℃。热稳定性实验表明:30℃温育1 h后酶活为初始酶活的33.3%,40℃温育1 h后酶活为初始酶活的22.2%。ChA的酶促反应初速率为6.2×10-3μmol/(mL.min),Vmax为0.318μmol/(mL.min),Km为1×10-2mg/mL,且对底物表现相对专一性。K+、Na+、Li+、Mg2+、Ca2+、Ba2+Zn2+、Cu2+和Co2+对ChA活力均表现为抑制作用,过渡金属离子Mn2+对酶有激活作用,重金属离子Hg2+、Ag+、Cd2+和Pb2+对酶均有较强的抑制作用。Mn2+和Zn2+的动力学研究表明,Mn2+对酶为混合型激活作用,Zn2+对酶为竞争性抑制作用。     

固氮粪产碱菌谷氨酰胺合成酶的分离纯化及其特性

联合固氮细菌粪产碱菌Ａ１５０１菌体经超声破碎后,无细胞粗提液以ＰＥＧ－６０００分级沉淀,丙酮沉淀,再经蓝球脂糖亲和层析分离、纯化。获得的纯谷氨酰胺合成酶（ＧＳ）在ＳＤＳ－ＰＡＧＥ和４－３０％梯度ＰＡＧＥ上均呈均一的一条带。ＧＳ亚基及整酶分子量分别为５５ＫＤ和６４５ｋＤ,亚基由４５６个氨基酸残基组成。ＧＳ的Ｋｍ值。在以Ｇｌｕ为源的介质中培养时分别为２０ｍｍｏｌ／Ｌ（Ｇｌｕ）,５０ｍｍｏｌ／Ｌ（ＡＴＰ     

水稻种子萌发期间谷氨酰胺合成酶和NADH-谷氨酸合酶的变化

测定了水稻种子不同萌发时期胚乳、胚芽鞘和幼根的谷氨酰胺合成酶（GS）和依赖于NADH的谷氨酸合酶（NADH－GOGAT）活性变化。胚乳和胚芽鞘的GS活性在萌发过程中升高,幼根的GS活性则有所降低。NADH－GOGAT的活性变化趋势与GS相同。Native-PAGE活性染色表明,在萌发阶段的水稻种子胚乳和幼根里,始终只观察到一种GS活性带。但是,在水稻种子萌发3d后,在胚芽鞘中除继续检测到GS1的活性外,还可以观察到GS2的活性。蛋白质印迹显示,水稻种子胚乳中的GS（GSe)和GS1和GSra一样是一种胞质型GS。实验结果提示,这些不同组织中的GS与NADH－GOGAT构成的循环途径也许是水稻种子萌发时氨同化的主要途径。     

吸水链霉菌发酵生产谷氨酰胺转胺酶的补料研究

在吸水链霉菌(Streptomyces hygroscopicus)分批发酵研究的基础上,通过在菌体生长阶段指数流加葡萄糖,进行高细胞密度培养,获得了较高的菌体量;待菌体生长进入产酶期后,通过补加氮源,为产酶提供充足的氮源,其中通过流加蛋白质氮源,可以减少蛋白酶对成熟MTG的分解,促进产酶。结果表明,8~16 h采用较高的的比生长速率(0.15 h-1),后期降低比生长速率(0.10 h-1),此时得到的菌体量较高,可达到36 g/L,比分批发酵下的菌体量提高了80%。同时在培养基中添加50g/L的豆饼粉,最终酶活可达到5.79U/ml,提高了83%。     

不同氮源对小麦幼苗谷氨酰胺合成酶的影响

利用ＤＥＡＥ－纤维素柱层析、酶活性测定、Ｎｏｒｔｈｅｒｎ 分子杂交等技术,研究了小麦（Ｔｒｉｔｉｃｕｍ ａｅｓｔｉｖｕｍ Ｌ．）幼苗的根、叶和离体叶在不同氮源培养条件下谷氨酰胺合成酶（ＧＳ）活性和同工酶变化, 以及不同氮源对ＧＳ基因转录－ＧＳ－ｍ ＲＮＡ 的影响． 同时与硝酸还原酶（ＮＲ）活性进行比较, 结果表明∶当以ＮＨ＋４ 作唯一氮源时,小麦幼苗根谷氨酰胺合成酶（ＧＳｒ）和叶细胞质谷氨酰胺合成酶（ＧＳ１）活性要比以ＮＯ－３ 作唯一氮源的高．当以ＮＯ－３ 为唯一氮源时, ＮＯ－３ 则促进完整叶片和离体叶片叶绿体谷氨酰胺合成酶（ＧＳ２）活性． 从转录水平上看,ＮＨ＋４ 促进根ＧＳ－ｍ ＲＮＡ 的合成,而ＮＯ－３ 促进叶ＧＳ－ｍ ＲＮＡ 的合成