大肠杆菌D一木糖异构酶基因的分子克隆与表达

经DNA体外重组,并以D-木糖异构酶缺陷型菌株互补加以检定,获得了大肠杆菌D-木糖操纵子克隆．通过次级克隆,分离得到了D-木糖异构酶基因克隆。为试图提高酶活力,将含有D-木糖操纵子和异构酶基因的克隆DNA片段,分别克隆若干个高拷贝质粒上,并且观察了不同宿主对基因表达的影响。实验结果表明,D-木糖操纵子和D-木糖异构酶基因在不同大肠杆菌菌株细胞中均能表达。     

遗传工程在工业酶生产上的应用

一 D-木糖异构酶和D-葡萄糖异构酶 利用D-木糖异构酶和D-葡萄糖异构酶从半纤维素(木糖)制备乙醇和从淀粉(葡萄糖)制备高果葡糖浆具有巨大的经济价值。最近,美国Upjohn公司用遗传工程方法获得了具有高酶活力的大肠杆菌(E.coli)。方法和结果如下。     

用甘露糖异构酶从D-果糖生产D-甘露糖

D-甘露糖是合成甘露醇、药物和糖蛋白中糖链的原料。最近又发现D-甘露糖能抑制沙门氏菌的生长,可用做家禽饲料添加剂,预防细菌污染。D-甘露糖是用植物甘露聚糖,酸解制备的,或由葡萄糖经钼催化的差向异构作用制备,因此价格十分昂贵。 甘露糖异构酶可将D-果糖可逆性转化成D-甘露糖。新近从土壤中分离到的假单胞菌MI可以产生耐热甘露糖异构酶。 假单胞菌甘露糖异构酶的最适活性温度约为60℃(在0.1MD-甘露糖,pH7.0条件下反应30分钟)。温度高于50℃酶不稳定。在测试过的糖类中只     

链霉菌来源D-甘露糖异构酶的性质及其在制备D-甘露糖中的应用

【背景】D-甘露糖具有多种功能活性,在食品、医药、饲料等行业应用广泛。D-甘露糖异构酶可以催化D-果糖与D-甘露糖之间的相互转化,在D-甘露糖的酶法制备中具有应用潜力。【目的】克隆一个链霉菌(Streptomycessp.)来源的D-甘露糖异构酶基因(ssMIaseA)并在大肠杆菌中表达,研究其酶学性质,并用于制备D-甘露糖。【方法】从链霉菌(Streptomycessp.)中发掘一个D-甘露糖异构酶基因(ssMIaseA),构建重组表达质粒pET-28a-ssMIaseA并在大肠杆菌BL21(DE3)中表达,经Ni-NTA亲和层析纯化后测定酶学性质,利用高效液相色谱对SsMIaseA制备D-甘露糖进行研究。【结果】SsMIaseA与嗜热裂孢菌(Thermobifda fusca)来源的D-甘露糖异构酶ManI相似性最高,为60.2%。该酶比酶活为525 U/mg,分子量约为45 kD,最适pH和温度分别为7.5和45°C,在pH 6.5-10.0范围内和45°C以下保持稳定。该酶对甘露糖具有最高催化活性,其次是果糖、塔罗糖和塔格糖。利用SsMIaseA转化600 g/L D-果糖,反应8 h达到平衡,生成185 g/L D-甘露糖,转化率为31%。【结论】SsMIaseA作为新型D-甘露糖异构酶为D-甘露糖的酶法制备奠定了基础。     

链霉菌M1033 D－木糖异构酶的分子克隆

链霉菌M1033染色体DNA经BamH Ⅰ酶解后电泳,Southern转移。根据自测的链霉菌M1033 D－木糖异构酶氨基酸序列设计合成寡聚核苷酸探针x－2、x－3,以x－2、x－3及Am－pullariella sp3876 D-木糖异构酶基因(1．17kb)为探针进行杂交,确定与上述探针杂交最强处在15kb左右。从胶上分离出g-20kb大小的片段,克隆到EMBL 3载体中,经杂交筛选后,得到0．6％的阳性噬斑,其插人大小为13kh。将插入DNA的saIⅠ酶解片段(2．5kb)进一步亚克隆于pucl8,得到重组质粒puB l,经酶解图谱、部分序列分析和互补实验确定puBl含有完整的M1033 D-木糖异构酶基因     

木糖异构酶序列结构特点、耐热机理及分子改造研究进展

近年来,随着发展低碳经济的迫切需要,可再生资源利用研究方兴未艾,其中,构建充分利用木质纤维素水解产物木糖生产乙醇的重组菌成为研究热点.木糖异构酶由于不需要辅酶,成为构建利用木糖重组酵母的首选途径.文中对近年来木糖异构酶的研究进展进行了综述.首先介绍了木糖异构酶的基本性质、序列、结构和功能特性,然后对其耐热机理进行了总结归纳;重点阐述了基于序列及结构进行的酶分子改造研究,包括底物特异性改造、热稳定性改造等;同时,结合作者的研究经历,对如何提高嗜热木糖异构酶在常温下的活性进行了探讨.最后,对木糖异构酶的研究进展进行了总结和展望,对基于结构改善木糖异构酶催化活性及构建新型高效利用木糖生产乙醇的重组菌具有重要的指导意义.     

嗜热细菌木糖异构酶基因xylA在酿酒酵母中的高效表达

采用PCR技术克隆得到嗜热细菌Clostridium thermohydrosulfuricum木糖异构酶(xylose isomerase XI)基因xylA,将该基因连接于酵母表达载体pMA91的磷酸甘油激酶(PGK)启动子下,得到重组质粒pBX1。通过LiAc完整细胞转化法将重组质粒转移至酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)H158受体菌中,得到重组酵母转化子H612,酶活测定结果表明,成功地在酿酒酵母中得到木糖异构酶的活性表达。SDSPAGE电泳结果显示出明显的特异性表达产物带,单体分子量为43kD。由酿酒酵母重组子H612产生的木糖异构酶最高酶活条件与其在自然状态下的一致,均为85℃,pH70,在这一条件下酶的比活力为10U/mg蛋白,而在接近酵母最适生长温度的30℃和40℃时,其相对酶活分别下降37%和11%。研究结果显示在酿酒酵母中得到木糖异构酶的活性表达,为进一步在酿酒酵母菌中建立新的木糖代谢途径打下了基础。     

木糖异构酶基因xylA表达载体构建

以大肠埃希菌MG1655的基因组为模板,通过PCR扩增获得木糖异构酶基因xylA。利用敲除编码对基因转录起负调控作用的lacIq基因的大肠埃希菌/谷氨酸棒杆菌穿梭质粒pEC-XK99E,酶连后转化大肠埃希菌BL21和谷氨酸棒杆菌ATCC 13032。成功构建出了具有大肠埃希菌BL21表达活性的木糖异构酶表达载体pEC(lacI-)-xylA。     

用P. pastoris的pAOX1表达系统表达木糖异构酶

目的:应用P. pastoris的pAOX1表达系统分泌表达重组木糖异构酶.方法:用PCR法从大肠杆菌基因组中扩增木糖异构酶基因(xi).用EcoRⅠ和NotⅠ双酶切将其基因克隆进P. pastoris表达载体.通过电转法将其木糖异构酶基因重组于P. pastoris基因组,筛选G418抗性700μg/ml的重组子作为工程菌GS115(pPIC9K-xi).在摇瓶中发酵用甲醇诱导表达重组木糖异构酶.用SDS-PAGE分析重组蛋白的表达情况,用糖酵解法对表达产物进行活性分析.结果:木糖异构酶基因在pAOX1的调控下,在P. pastoris中经甲醇诱导能分泌表达,摇瓶发酵2d表达量为35mg/L,表达产物具有代谢木糖的作用.结论:成功地克隆了大肠杆菌的木糖异构酶基因,并实现用pAOX1系统在P. pastoris中表达中木糖异构酶,为用P. pastoris规模化生产重组木糖异构酶奠定了基础.     

海因酶与氨甲酰水解酶产生菌的鉴定及分布

利用Biolog微生物鉴定系统和16S rDNA序列分析相结合的方法对自行筛选的24株海因酶和氨甲酰水解酶产生菌进行了鉴定。海因酶与氨甲酰水解酶产生菌主要分布在Bacillus,Geobacillus,Brevibacillus,Aneurinibacillus,Microbacterium,Pseudomonas,Kurthia和Empedobacter等菌属,特别的是,Kurthia和Empedobacter是新的海因酶和氨甲酰水解酶产生菌属,说明海因酶和氨甲酰水解酶产生菌在细菌中分布较广泛。进一步分析比较发现,D-海因酶产生菌主要分布于Pseudomonas,Agrobacterium等菌属中,而大部分L-海因酶产生菌分布于Bacillus,Geobacillus,Microbacterium等菌属中,说明D-海因酶产生菌与L-海因酶产生菌分布特点具有一定的种属倾向性。这些工作不仅提供了多种海因酶和N-氨甲酰水解酶的生物材料,而且对双酶的结构与功能及分子进化研究等具有重要意义。     

在酿酒酵母中共表达XYLA和XKS1基因后利用木糖的初步研究

为了使酿酒酵母较好地利用木糖产生乙醇,将来自Thermus thermophilus的木糖异构酶基因XYLA和酿酒酵母自身的木酮糖激酶基因XKS1,构建到酵母表达载体pESC-LEU中,导入酿酒酵母YPH499中,同时成功表达了两种酶基因。该菌以木糖为唯一碳源进行限氧发酵,木糖的利用率为9.64%,为宿主菌的4.17倍,产生2.22 mmol.L-1的乙醇。同时初步探讨了两种酶基因的表达量对酿酒酵母发酵木糖生成乙醇的影响。木糖异构酶对木糖的利用起关键性的作用,木酮糖激酶的过量表达不利于乙醇生成。     

木糖异构酶在酿酒酵母细胞表面的展示

将来源于嗜热细菌Thermus thermophilus的木糖异构酶基因xylA,与酿酒酵母(Sac-charomyces cerevisiae)a-凝集素表面展示载体pYD1的Aga2p亚基C端序列融合。编码融合蛋白的基因序列前接上半乳糖诱导型启动子。用LiAc完整细胞法转化酿酒酵母EBY100。含重组质粒的菌株EBY100/pYD-xylA经半乳糖诱导表达外源融合蛋白,免疫荧光显微镜结果显示外源蛋白被锚定在细胞壁上,木糖异构酶活性测定结果表明,细胞壁上酶活测定值为1.52U,木糖异构酶在酿酒酵母细胞壁上得到活性表达。     

白地霉的戊糖代谢——Ⅰ.木糖代谢的初步变化途径

(1)用在木糖上培养的白地霉2.361无細胞提取液进行了木糖代謝酶体系的研究。查明木糖代謝的初步变化途径如下: D-木糖 TPNH H~ →木糖还原酶←木糖醇 TPN~ (1) 木糖醇 DPN~ →木糖醇脫氫酶←D-木酮糖 DPNH H~ (2) D-木酮糖 ATP→D-木酮糖激酶D-木酮糖-5-磷酸(3) (2)催化式(1)的酶为木糖还原酶,需要TPN。用紙层析法鉴定木糖还原的产物为木糖醇。(3)催化式(2)的酶称木糖醇脫氫酶,需DPN。(4)催化式(3)的酶为D-木酮糖激酶,所試过的其他戊糖在同样条件下均不被磷酸化。(5)白地霉无細胞提取液中测不出木糖(?)构酶的活力。排除了这一途径的可能性。(6)催化式(1)(2)(3)各反应的酶均有适应形成的特性,符合Stanier的連續适应学說。     

大鼠再生肝中蛋白二硫还原酶的提纯及性质的初步研究

本文报告在大鼠组织中存在有促使肝蛋白—S—S—还原为蛋白—SH的酶活力,而以再生肝、肝癌、小鼠胚胎等组织的活力为高。利用硫酸铵分步沉淀及DEAE-纤维素吸附等法,可将再生肝中酶活力提纯约200倍,并可与谷胱甘肽还原酶活力完全分开。酶活力需要NADPH或NADH作为供氢体。最适pH为7.5。受Cu~(++)、Zn~(++)、Hg~(++)、对氯汞苯甲酸、一代碘乙酸等物质抑制。谷胱甘肽对酶活力无激活作用。提纯酶制剂不含有还原小分子—S—S—化合物的活力,对一些含—S—S—链的结晶蛋白质也无活力。     

E.coli木糖异构酶基因的克隆及表达条件的优化

采用PCR技术以大肠杆菌JM109基因组DNA为模板扩增得到木糖异构酶基因xylA,连接到载体pET-22b( ),得到重组质粒pET-22b( )-xylA。将此重组质粒转化到大肠杆菌菌株BL21(DE3)中,重组菌株经IPTG诱导后,通过半胱氨酸-咔唑法测得木糖异构酶活力。每mL发酵液中重组菌株显示出酶活力约为0.84 U。SDS-PAGE电泳结果显示出明显的5×104(相对分子质量)特异性蛋白质条带。     

地芽孢杆菌Y565-5分离鉴定及其木糖异构酶基因xylA的克隆表达和酶学性质

从甘肃玉门油田地表土中分离到一株嗜热木糖利用菌,地芽孢杆菌Y565-5。利用PCR方法从该菌株中克隆得到一个木糖异构酶基因,xylA。该基因开放阅读框长1182 bp,编码394个氨基酸,XylA氨基酸序列与Geobacillus sp.Y412MC52相似性达到99%。将xylA基因克隆到原核表达载体pET-28a(+)上,得到重组质粒pET-28a(+)-xylA,然后将此重组质粒转化至BL21(DE3)中,经IPTG诱导后,通过SDS-PAGE电泳检测出明显的45 kD(相对分子质量)特异性蛋白质条带,并且通过半胱氨酸咔唑法检测出表达产物具有木糖异构酶的活性。对其酶学性质的研究发现,XylA最适温度为90°C,最适pH值为8.0。     

大肠杆菌葡萄糖异构酶基因在变铅青链霉菌中的克隆与表达

本文用穿梭质粒载体pSE-3,进行了大肠杆菌葡萄糖异构酶基因在变铅青链霉菌中的克隆与表达。把含有1.6kb葡萄糖异构酶基因的pX1200(4.3kb)质粒与pGEM-3(2.9kb)质粒分别用EcoRI酶解,T4DNA连接酶连接,转化E.Coli HB101(Xy1~-,Neo(?)),得到的重组质粒被命名为pX1203(7.2kb);将pX1203与穿梭质粒载体pSE-3分别用HindⅢ酶解,T_4DNA连接酶连接,转化E.Coli HB101,在含有新霉素的木糖培养基上筛选到转化重组体,其重组质粒被命名为pSE×100(10.6kb);把pSE×100转化变铅青链霉菌TK54的原生质体,在硫链丝菌肽(50μg/ml)和新霉素(50μg/ml)的平皿上得到了重组体。经质粒提取,酶切分析,再转化和葡萄糖异构酶活性测定,结果表明,大肠杆菌的葡萄糖异构酶基因确实已在链霉菌中克隆和表达。     

葡萄糖异构酶的生物工程研究进展

D-葡萄糖异构酶(GI)能分别催化D-葡萄糖和D-木糖异构为D-果糖和D-木酮糖. 它是工业上生产高果糖浆的关键酶. 在GI负氢离子转移机制中,其主要特征是底物的开环、通过C₂至C₁间负氢离子转移的GI异构化作用、以及产物的闭环. GI基因已在同源、异源宿主中获得克隆、测序和超量表达. 经过蛋白质工程改造的GI将是未来最重要的工业用酶之一.     

温泉宏基因组来源的D-来苏糖异构酶性质研究*

目的: 从高温温泉宏基因组中挖掘能够高效催化合成稀有糖的新耐高温D-来苏糖异构酶。方法: 从云南昌宁鸡飞温泉底泥中提取宏基因组DNA并进行高通量测序,经基因注释及序列比对鉴定D-来苏糖异构酶基因,构建大肠杆菌异源表达载体并诱导表达,通过亲和层析纯化重组蛋白并对其性质研究。结果: 从温泉底泥宏基因组测序结果中鉴定得到8个D-来苏糖异构酶基因,选择4个基因进行异源表达,其中JF-LI1和JF-LI4在大肠杆菌中成功表达并检测到酶活性。研究表明,JF-LI1和JF-LI4的最适温度分别为70℃和75℃。JF-LI4具有较宽的作用温度和良好的热稳定性,在30~100℃的温度范围内剩余40%以上的酶活力。JF-LI1和JF-LI4的最适pH分别为7.0和7.5,在中性偏酸性条件下具有较高的活力和较强的稳定性。重组JF-LI1和JF-LI4具有较宽的底物谱,除了对D-来苏糖活性最高外,对L-核糖、L-核酮糖、D-果糖和D-甘露糖均具有活性。重组JF-LI1和JF-LI4对L-核糖的催化效率分别为0.56 L/(mmol·s^-1)和0.61 L/(mmol·s^-1),是目前已知的D-来苏糖异构酶中最高的。结论: 从高温温泉宏基因组中获得8个新的D-来苏糖异构酶基因,对JF-LI1和JF-LI4进行异源表达和性质研究,具有pH稳定性好、热稳定性强以及底物特异性宽泛的特点,在制药、食品、化妆品等工业领域有重要的应用潜力。     

木糖异构酶在酿酒酵母表面表达及对木糖代谢影响的初步研究

利用α-型酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)表面展示系统的载体,将来源于嗜热细菌Thermus thermophilus的木糖异构酶基因xylA,插入到酿酒酵母蔗糖酶信号肽序列与α-凝集素的C端编码序列之间,形成融合表达框,构建重组质粒pSY-xy222,转化酿酒酵母H158。含重组质粒的菌株H158-SXI木糖异构酶活性测定表明,细胞壁上酶活测定值为1.53 U,木糖异构酶在酿酒酵母细胞壁上得到活性表达。木糖葡萄糖共发酵结果显示,重组菌株木糖利用率较出发菌株提高了17.8%。