β-脱卤酶的基因克隆表达及其酶学性质

根据GenBank中的序列设计引物,克隆芽孢杆菌中的β-脱卤酶基因(命名为bhd)。以pET30a(+)为载体、Escherichia coli BL21(DE3)-CondonPlus为宿主菌,实现了bhd的高效表达。使用HisTrapTMFF亲和层析柱纯化重组β-脱卤酶,分子量约为23.1 kD。酶学性质研究表明,纯化的重组β-脱卤酶水解3-氯丙酸制备3-羟基丙酸的最适反应体系为30°C,100 mmol/L,pH 7.0的磷酸钠缓冲液。在最适反应条件下,重组β-脱卤酶的比活为16.2 U/mg,Km和Vmax分别为3.26μmol/L和17.86 mmol/(min.g protein)。在最适反应条件下,以10 mmol/L 3-氯丙酸为底物,反应36 h的转化率在93%以上。     

应用合成生物学策略构建全细胞生物催化剂合成(S)-乙偶姻

目的:在大肠杆菌宿主中过量表达丁二酮还原酶(DAR),同时构建辅酶NADH原位再生系统,利用全细胞高效催化丁二酮不对称还原合成(S)-乙偶姻。方法:PCR克隆多黏芽孢杆菌(Paenibacillus polymyxa) dar基因连到质粒pETDuet-1,转化至大肠杆菌(Escherichia coli) BL21(DE3),构建重组菌E. coli BL21(DE3)-DAR;通过Hi Trap TALON柱亲和层析纯化表达产物DAR酶蛋白,测定DAR的比酶活和分子动力学参数。在重组菌E. coli BL21(DE3)-DAR中构建辅酶NADH原位再生系统,协同表达枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)的葡萄糖脱氢酶(GDH),构建重组菌E. coli BL21(DE3)-DAR/GDH,并以此重组菌为全细胞生物催化剂,优化催化条件,提高(S)-乙偶姻的产量和产率。结果:获得重组工程菌E. coli BL21(DE3)-DAR和E. coli BL21(DE3)-DAR/GDH。DAR以NADH为辅酶还原丁二酮的米氏常数Km、最大催化速率Vmax、催化常数Kcat分别为2. 59mmol/L、1. 64μmol/(L·min·mg)、12. 3/s,还原丁二酮生成(S)-乙偶姻光学的纯度为95. 86%,具有较好的催化效率和立体异构体选择性。构建辅酶NADH原位再生系统后,重组菌E. coli BL21(DE3)-DAR/GDH可高效催化丁二酮合成乙偶姻。在最优催化条件下分批补料,乙偶姻产量达51. 26g/L,转化率为81. 37%,生产速率为5. 13g/(L·h)。结论:使用非手性化合物原料丁二酮生产高附加值的手性化合物(S)-乙偶姻,以重组菌为全细胞生物催化剂合成(S)-乙偶姻,不需额外添加昂贵的辅酶,具有较高的生产应用价值。     

短双歧杆菌α-D-半乳糖苷酶基因aga1在大肠杆菌中的高效表达

短双歧杆菌（Bifidobacterium breve 203）α_D_半乳糖苷酶基因(aga1)被克隆到大肠杆菌温度诱导表达质粒pBV220中,构建重组质粒pBVaga1,转入大肠杆菌进行温度诱导表达,得到的重组酶Aga1在大肠杆菌DH5α、DH10B和BL21中的比活分别为28.08、19.44和13.85U/mg, 均高于短双歧杆菌α_D_半乳糖苷酶的比活1.76U/mg。重组质粒pBVaga1在E. coli BL21中稳定性较好。重组酶Aga1蛋白亚基分子量约67kD,最适反应温度为45℃,酶在40℃以下稳定,60℃仅剩余约5%的酶活性,70℃时酶全部失活;最适反应pH为4.0～4.4,酶在pH 3.6～6.0范围内稳定;酶对p_硝基苯酚_α_半乳糖苷的Km＝1.43mmol/L,Vmax＝35.71μmol/(L·min),对蜜二糖的Km＝261mmol/L,Vmax＝63.69μmol/(L·min);酶在蜜二糖、棉子糖水解体系中不显示转糖基活性。结果说明Aga1与已经报道的一种短双歧杆菌的α_D_半乳糖苷酶不同,是新发现的一种短双歧杆菌的α_D_半乳糖苷酶。     

紫色色杆菌苯丙氨酸羟化酶的异源表达及重组酶学性质研究

来源于紫色色杆菌(Chromobacterium violaceum)的苯丙氨酸羟化酶结构简单,性质更接近于人的苯丙氨酸羟化酶,具有潜在的医药应用价值。从紫色色杆菌基因组中克隆得到苯丙氨酸羟化酶基因pah。构建重组表达载体pET24a-pah,并在Escherichia coli BL21(DE3)中实现高效表达。离子层析纯化后,重组蛋白比酶活高达503.2 U/mg。酶学性质研究显示,该重组酶的最适温度为40℃左右,50℃时PAH的半衰期为15 min;最适pH在7.5左右,在pH6-8范围内较稳定。37℃,pH7.5条件下,Km值为1.5 mmol/L,Vmax为0.5 mmol/min,kcat为5.05/s,催化效率kcat/Km为3.37 L/mmol·s。     

肠膜明串珠菌蔗糖磷酸化酶的酶学表征及在催化合成α-熊果苷中的应用

将来源于肠膜明串珠菌Leuconostoc mesenteroides ATCC 12291的蔗糖磷酸化酶(Sucrose phosphorylase,SPase)基因进行密码子优化后将其插入到pET-28a中构建表达载体pET-28a-spase,诱导大肠杆菌Escherichia coli BL21(DE3)/pET-28a-spase表达制得SPase粗酶液,将重组SPase纯化后进行酶学表征。结果表明,重组SPase的比酶活为213.98 U/mg,纯化倍数为1.47倍,酶活回收率达87.80%。该酶最适温度为45℃,最适pH为6.5,该酶对蔗糖的Km为128.8 mmol/L,Vmax为2.167μmol/(mL·min),kcat为39 237.86 min-1,利用重组SPase催化氢醌合成α-熊果苷,最优条件为:氢醌添加量为40 g/L,蔗糖/氢醌的摩尔比为5:1,重组SPase 250 U/mL。在25 mmol/L的吗啉乙磺酸(MES)缓冲液(pH 7.0)中,反应温度30℃,避光反应24 h后终止反应,再用500 U/mL的糖化酶40℃处理2.5 h。α-熊果苷产量达98 g/L,氢醌的转化率接近99%。综上所述,文中克隆并研究了重组SPase,并建立了其在α-熊果苷生产中的应用。     

2型猪链球菌磷酸甘油酸激酶基因的克隆表达及酶活性测定

目的:克隆表达2型猪链球菌中磷酸甘油酸激酶(PGK)并对其酶学特性进行测定。方法:采用PCR方法从05ZYH33基因组中扩增出pgk片段,构建重组表达质粒p ET28a:pgk,经双酶切及测序验证正确的质粒转化入E.coli BL21(DE3)中进行IPTG诱导表达,重组PGK蛋白经SDSPAGE和质谱鉴定并测定其酶学活性。结果:PGK在大肠杆菌中可溶性表达,纯化后得到约43k Da的重组PGK蛋白,其酶促反应最适温度为25℃,最适pH为7.5,2型猪链球菌PGK的酶活性为75U/ml,PGK相对于3-PGA的Km值为1.744mmol/L,Vmax为0.143mmol/(L·min),相对于ATP的Km值为2.266mmol/L,Vmax为0.318mmol/(L·min)。结论:利用原核表达系统成功地表达了2型猪链球菌中的PGK,并获得了活性较好的重组PGK,酶学检测发现纯化的PGK具有良好的体外活性,为进一步研究该病在2型猪链球菌致病及代谢机制奠定了基础。     

来源于Laceyella sp.的α-淀粉酶基因克隆、重组表达及酶学性质研究

从土壤中筛选产淀粉酶菌株,对其淀粉酶基因进行克隆及异源表达,分析其酶学性质。采用固体淀粉筛选培养基,从安阳面粉厂附近土壤里分离得到一株产淀粉酶的菌株Laceyella sp.,编号为MF-8-1。然后利用同源克隆的方法得到淀粉酶编码基因AmyL。将AmyL与表达载体pET-22b(+)连接构建pET-22b-AmyL重组质粒,并转化至E.coli BL21(DE3)中进行表达。最后对重组酶进行分离纯化以及酶学性质测定。AmyL在E.coli中成功表达,重组酶AmyL分子量为55 kD,最适反应温度为45℃,最适pH值为6.0。在温度低于60℃时,有较好的温度稳定性;在pH 6.0-10.0内较稳定。酶的动力学研究表明,该酶的比活、Km和Vmax分别为185.39 U/mg、0.95 mg/mL、343.12μmol/(min·mg)。结果表明,AmyL在中温碱性条件下具有高活性且保持稳定,在洗涤剂、纺织、造纸等行业具有潜在的应用价值。     

新型海洋微生物β-葡萄糖苷酶基因的克隆、表达及重组酶性质

通过功能筛选方法,从中国南海海洋表层海水微生物元基因组文库筛选得到了6个β-葡萄糖苷酶阳性克隆。对其中的一个阳性克隆pSB47B2进一步亚克隆和序列分析,获得一新型β-葡萄糖苷酶基因(命名为bgl1B)开放阅读框。以pET22b(+)为载体、Escherichia coli BL21(DE3)为宿主菌,bgl1B被高效活性重组表达。通过Ni-NTA亲和层析柱纯化了重组Bgl1B(rBgl1B)。纯化的rBgl1B催化pNPG水解反应的最适pH为6.5,最适温度为40oC。在最适反应条件下,rBgl1B水解pNPG的活性达到39.7U/mg,Km和Vmax分别为0.288mmol/L、36.9μmol/min。纤维二糖是rBgl1B的有效作用底物,其Km和Vmax分别为0.173mmol/L、35μmol/min。但rBgl1B不能催化转化蔗糖、乳糖、麦芽糖以及CMC。rBgl1B催化pNPG的水解反应对高浓度的Na+有较好的耐受性,而低浓度的Ca2+、Mn2+对该酶活有一定促进作用。不同于许多来源于真菌的酸性β-葡萄糖苷酶,rBgl1B在pH7.0～9.0范围内具有比较高的酶活力并具有较好的稳定性。     

Molecular cloning, gene expression, purification and characterization of fermentative D-lactate dehydrogenase from S.marcescens H3010

通过PCR技术从粘质沙雷氏菌H3010基因组DNA中扩增出该D-乳酸脱氢酶基因,连接至pET-28a(+)表达载体,转入大肠杆菌BL21 (DE3)中进行了重组表达,优化了酶纯化的条件,并对其酶学性质进行初步研究.结果表明,获得的该酶编码基因全长993 bp,编码330个氨基酸,大小为37 kDa.经优化表达及纯化条件后重组酶纯度可达90％.酶学性质研究发现,该重组酶最适反应温度为60℃,最适酶促反应pH为7.5(0.2 mol/L磷酸盐缓冲液),37℃下测得对底物丙酮酸的动力学参数Km =3.39 mmol/L,Vmax =6.87 mmol/( mg · min),对辅酶NADH的动力学参数Km=1.43 mmol/L,Vmax=1.61 mmol/( mg· min).为酶法生产D-乳酸及利用代谢工程构建产D-乳酸的基因工程菌打下基础.     

化学抑制剂Woodward's Reagent K对来源于Erwinia rhapontici NX-5蔗糖异构酶的抑制动力学

从重组大肠杆菌E.coli BL21(p ET22b-palⅠ)中纯化得到来源于Erwinia rhapontici NX-5的蔗糖异构酶(sucrose isomerase,SIase,EC 5.4.99.11),以纯酶为对象考察其酶活力抑制动力学。结果表明:SIase纯比酶活1 512.77 U/mg,动力学常数Km=260 mmol/L,Vmax=39.41μmol/(L·s)。以化学抑制剂Woodward's Reagent K(WRK)对重组蔗糖异构酶进行抑制反应,反应体系中随着WRK浓度的升高,SIase与底物蔗糖的亲和力常数Km增大,最大反应速度Vmax在一定范围内保持稳定。通过对SIase的抑制动力学分析可得到,WRK对SIase的抑制类型为可逆的竞争性抑制,这可能与WRK与蔗糖的结构类似,与可竞争性的结合SIase的活性中心有关。     

一株高效抗砷喜温硫杆菌工程菌的构建

利用DNA体外重组技术,将大肠杆菌质粒载体pUM3上的抗砷基因簇片段亚克隆到含有强启动子（tac启动子）并具有广泛寄主范围特性的IncQ族质粒pMMB24上,删除调节基因片段,构建了含有强启动子、可在tra基因诱动下转移的组成型表达的抗砷质粒pSDRA4。通过接合转移的方式将其导入专性自养极端嗜酸性喜温硫杆菌Acidithiobacillus caldus中,构建了冶金工程菌Acidithiobacillus caldus (pSDRA4),接合转移频率为（1.444±0.797）×10-4。表明在大肠杆菌和喜温硫杆菌之间成功地建立了一个遗传转移系统。经检测,重组质粒在喜温硫杆菌中具有较好的稳定性,在无选择压力条件下传代50次基本保持稳定（重组质粒保留76% 以上）。经抗砷性能检测,与野生菌相比,构建的喜温硫杆菌工程菌抗砷能力明显提高,从10mmol/L提高到45mmol/L。     

重组E．coli胆固醇氧化酶的分离纯化及其酶学性质研究

对重组E.coli产生的胆固醇氧化酶采用70%硫酸铵盐析、CM Sepharose FF离子层析、Phenyl Sepharose 6 Fast疏水层析、Sephadex G-75凝胶过滤,得到的胆固醇氧化酶在SDS-PAGE上呈单一蛋白质条带,酶的纯化倍数为93,收率为21%.部分酶学性质表明:酶的最适反应温度为37℃,最适反应pH7.5,热稳定范围在40℃以下,酶的pH稳定范围为6～9,分子量分别为50 kD和52 kD.酶动力学参数Km值及Vmax分别为8.2×10-5 mol/L和0.21 mmol/(L.min).     

不吸水链霉菌ZB01 cyp107z基因的克隆及原核表达纯化

【目的】克隆不吸水链霉菌ZB01中的cyp107z基因,在E.coli中异源表达纯化,测定重组酶蛋白的酶动力学参数,为该基因的进一步研究奠定基础。【方法】根据cyp基因保守区序列设计引物,扩增不吸水链霉菌ZB01基因组中cyp107z基因的部分序列,通过染色体步移技术获取全长基因。利用pET28a表达载体构建该基因原核表达载体并于E.coli中诱导表达,以Ni-NTA亲和层析纯化表达出的重组蛋白。以阿维菌素为底物,构建重组蛋白体外催化体系,通过测定体系中NADPH的消耗,计算重组蛋白催化阿维菌素反应的酶动力学参数。【结果】从不吸水链霉菌ZB01基因组扩增出一条cyp107z基因同源基因,全长1290 bp,编码429个氨基酸残基,命名为cyp107z13,在E.coli中诱导表达了该重组酶蛋白,纯化后的重组酶蛋白催化阿维菌素的Km值为1.4μmol/L,Vmax为0.041μmol/min.mg,kcat为0.033 s-1。【结论】从不吸水链霉菌ZB01中克隆到cyp107z13基因,异源表达的CYP107Z13重组蛋白能够催化以阿维菌素为底物的氧化反应。     

构建羰基还原酶基因工程菌生物转化产l-麻黄碱

以筛选得到的Morganella morganii J-8细菌的基因组为模板,通过PCR扩增得到目的基因mdlh2。核苷酸序列测定结果表明,基因全长1046bp。以pET28a（＋）为表达载体,构建重组质粒pET28a（＋）-mldh2,并在E．coli BL21（DE3）中表达。利用表达产物进行生物转化,发现其具有催化底物1-苯基-2-甲氨基丙酮（简称MAK）产l-麻黄碱的活力。进一步考察了诱导时间和IPTG浓度对重组菌表达的羰基还原酶的影响,37℃下用0．5mmoL／L的IPTG诱导4h,重组羰基还原酶的酶活达到0．2U／mg蛋白,转化液中l-麻黄碱质量浓度达到45mg／L。     

弗氏柠檬酸菌dhaT基因的克隆表达、序列分析、酶的纯化及特性研究

1,3-丙二醇（1,3-propanediol,1,3-PD）是一种重要的化工原料,越来越受到广泛的关注。以弗氏柠檬酸菌(Citrobacter freundii)基因组DNA为模板,通过PCR得到1,3-丙二醇氧化还原酶(1,3-propanediol dehydrogenase,PDOR) 的基因dhaT,序列显示与来源于C.freundii DSM 30040 (Genbank U09771)相应基因的相似性为78%。将此基因构建于表达载体pSE380,得到重组质粒pSE-dhaT。重组质粒转化到宿主菌E.coli JM109中进行了表达,重组酶通过镍柱及Sephacral S-300进行纯化,重组酶SDS-PAGE结果显示有非常明显的单一的42kDa特异性蛋白条带出现。以丙醛为底物测定重组酶还原反应的最适温度为37℃、最适pH为8.0,对丙醛的Km值为10.05mmol/L,最大反应速度Vmax为37.27umol/ min /mg;以1,3-PD为底物测定重组酶氧化反应的最适温度为25℃、最适pH为10.5,对1,3-PD的Km值为1.28mmol/L,最大反应速度Vmax为25.55umol/min/mg。重组酶的还原反应比活为49.50U/mg,氧化反应比活为79.72U/mg。该酶同样具有假定的结合Fe2+的G-X-X-H-X-X-A-H-X-X-G-X-X-X-X-X-P-H-G模体保守结构。此研究为工程菌高效生产1,3-PD奠定了基础。     

真菌产3种β-D- Glucuronidase酶学性质

分离筛选到能代谢甘草酸并产生不同产物的3株菌株,其中Penicillium sp.Li-3转化甘草酸生成GAMG,As-pergillus sp.Li-20生成GAMG和甘草次酸,Aspergillus sp.Li-62生成甘草次酸。对这3株菌表达β-D-葡萄糖醛酸苷酶的酶学性质进行了研究,结果表明:Penicillium sp.Li-3、Aspergillus sp.Li-20和Aspergillus sp.Li-62β-D-葡萄糖醛酸苷酶最适催化pH分别为4.2~4.6,5.8和6.2,最适催化温度为50、45和55℃。Penicillium sp.Li-3表达的β-D-葡萄糖醛酸苷酶Km为0.328μmol/L,Vmax为0.003 5 mmol/(L.min);Aspergillus sp.Li-20β-D-葡萄糖醛酸苷酶Km为3.61 mmol/L,Vmax为0.034 mmol/(L.min);而Aspergillus sp.Li-62β-D-葡萄糖醛酸苷酶Km为0.43 mmol/L,Vmax为0.106 mmol/(L.min)。     

Gluconobacter oxydans木糖醇脱氢酶基因的克隆表达及木糖醇的转化分析

从氧化葡萄糖酸杆菌(Gluconobacter oxydans)的基因组DNA上扩增出木糖醇脱氢酶基因xdh,构建了诱导型表达载体pSE-xdh,导入E.coli JM109后获得了高效表达木糖醇脱氢酶基因的重组菌JM109/pSE-xdh。通过HisTrap HP亲和层析和SephacrylS 300分子筛两步纯化从细胞中得到纯酶,并对酶学性质进行研究。XDH最适还原反应的pH值为5.0,最适还原反应的温度为35℃;最适氧化反应的pH值为11.0,最适氧化反应的温度为30℃。重组菌中的XDH依赖NADH,对NADH的米氏常数Km=57.8 mmol/L,最大反应速率Vmax=1209.1 mmol/(ml·min)。重组菌的XDH酶活力为13.9 U/mg。利用重组菌和原始菌混合静止细胞转化D 木酮糖,16 h 28.0 g/L D木酮糖生成16.7 g/L木糖醇,而原始菌单独转化只生成8.3 g/L木糖醇。     

产碱假单胞菌脂肪酶的克隆表达及酶学性质研究

【目的】克隆产碱假单胞菌的脂肪酶基因,实现其在大肠杆菌中异源表达并进行酶学性质研究。【方法】通过基因文库构建和PCR,获得脂肪酶基因,并以pET30a(+)为表达载体、E.coli BL21(DE3)为宿主菌,在大肠杆菌中进行异源表达,表达产物经HisTrapTM亲和层析柱纯化后进行酶学性质研究。【结果】从产碱假单胞菌中克隆得到一个脂肪酶基因,大小为1 575 bp(GenBank登录号为JN674069)。该酶分子量为55 kD,最适底物为p-NPO,最适反应温度和pH分别为35°C、pH 9.0。重组酶经1 mmol/L的Cu2+处理30 min可使酶活提高至156%。在最适反应条件下重组酶的比活力为275 U/mg,Km和Vmax分别为80μmol/L和290 mmol/(min.g protein)。【结论】产碱假单胞菌脂肪酶基因的克隆与表达不仅积累了脂肪酶基因的资源,并为其在手性拆分中的应用奠定基础。     

极耐热性乳酸脱氢酶高效表达、纯化及酶学性质

从海栖热袍菌扩增出编码乳酸脱氢酶的基因并将其插入热激载体pHsh构建表达质粒,在大肠杆菌Escherichia coli中进行表达产生极耐热性乳酸脱氢酶Tm-LDH。基因表达产物通过热处理,可以一步获得接近电泳纯的重组酶。酶学性质研究表明,Tm-LDH的最适反应温度为95℃,最适pH 7.0;纯酶在90℃的半衰期为2 h,在pH 5.5–8.0之间最稳定;SDS-PAGE结果显示分子量为33 kDa,与理论推算值相吻合。以丙酮酸和NADH为底物时,相对于丙酮酸的Km值1.7 mmol/L,Vmax为3.8×104 U/mg;相对于NADH的Km值7.2 mmol/L,Vmax值为1.1×105 U/mg。Tm-LDH基因在T7载体中未能实现高效表达,但是在热激载体pHsh中得到了可溶性超量表达,表达水平达到340 mg/L。该酶在65℃反应条件下,活性达到最高活性的50%,并能保持活性不变,这使该酶能够与常温酶匹配,在辅酶NAD再生体系的建立中具有广泛的用途。     

重组大肠杆菌表达氧化还原酶不对称还原2-羟基苯乙酮的研究

将来源于7种微生物的13个氧化还原酶基因分别与表达载体pET21c连接后,转化入Escherichia coli BL21(DE3)中,得到13株重组菌.重组菌在IPTG诱导下进行表达,并对2-羟基苯乙酮进行不对称催化还原.研究发现,在17℃下诱导表达的重组酶比活明显高于30℃和37℃下诱导表达的比活.另外,来源于Ca...