重组Bacillus subtilis产B.stearothermophilus环糊精葡萄糖基转移酶的发酵优化

利用本研究室已构建的重组菌Bacillus subtilis/pBSMuL3-α/β-CGTase对产B.stearothermophilus环糊精葡萄糖基转移酶的发酵产酶进行了优化,考察了培养基中重要成分:碳源、有机氮源、无机氮源、有机与无机氮源质量比、碳源与氮质量比、金属离子种类等单因素对该重组菌产α/β-CGTase的影响,并采用正交实验对发酵培养基进行优化,对优化结果分析可知,重组菌B.subtilis/pBSMuL3-α/β-CGTase发酵产α/β-CGTase的最优培养基成本为:葡萄糖5 g/L,氮源(鱼骨蛋白胨∶NH4Cl=3∶1)25 g/L,1 mmol/L Mg^2+。在最优条件下发酵培养,α/β-CGTase的酶活由原来TB发酵培养基的9.20 U/mL提高至20.32 U/mL,是优化前酶活的2.2倍,为α/β-环糊精葡萄糖基转移酶的工业应用提供了理论支持。     

重组大肠杆菌产γ-环糊精葡萄糖基转移酶的摇瓶发酵优化

为了实现来源于碱性芽孢杆菌Alkalophilic Bacillus clarkii 7364的γ-环糊精葡萄糖基转移酶的高效胞外表达,对OmpA信号肽介导的E.coli BL21(DE3)/pET20b(+)-γcgt基因工程菌进行发酵培养基及发酵条件的优化,并进行正交试验,获得最优培养基:甘油5g/L、蛋白胨6g/L、酵母膏24g/L、钙离子6mmol/L、镁离子2mmol/L、甘氨酸0.75%、PO₄^3- 0.1mol/L;在此基础上最适发酵条件:pH6.5、25℃培养、装液量30ml/250ml、转速220r/min、0.02%SDS、在发酵10h时利用5g/L乳糖进行诱导,使得酶活从初始的5189.2U/ml提高到20268.8U/ml。研究结果得到高效表达的培养条件,为实现该酶的工业化应用打下了基础。     

重组β-环糊精葡萄糖基转移酶生产β-环糊精的工艺条件优化

将来自于Bacillus circulans 251的β-CGTase编码基因克隆到表达载体pET-20b(+),转化Escherichia coli BL21(DE3)。经酶活检测培养基上清中的β-CGTase酶活为20 U/mL。对酶转化淀粉生成β-环糊精的反应条件进行了优化,结果表明,当底物马铃薯淀粉浓度15%,反应初始pH5.5,温度30℃,加酶量10 U/g干淀粉,环己烷浓度2.5%-5%(V/V),转化周期24 h,β-环糊精转化率达到最高值75.3%,是国内外报道的酶法生产β-环糊精的最高水平。     

环糊精葡萄糖基转移酶的性质、应用与固定化研究进展

本文总结了环糊精葡萄糖基转移酶的性质、应用与固定化研究的进展情况,引用文献４７篇。     

环糊精葡萄糖基转移酶的结构特征与催化机理

随着环糊精在食品、医药等领域的应用越来越广,生产环糊精所必需的环糊精葡萄糖基转移酶(CGT酶)已经成为当今研究的热点。特别是近二十年来,国外对该酶进行了比较深入的研究。首先介绍了CGT酶的功能特性与结构特征。CGT酶是一种多功能型酶,能催化三种转糖基反应(歧化、环化和耦合反应)和水解反应,其中,能将淀粉转化为环糊精的环化反应是特征反应;作为α-淀粉酶家族的成员,CGT酶除了具有与α-淀粉酶相同的A、B、C结构域外,还存在D和E结构域。另外,对CGT酶的催化机理包括底物结合方式、转糖苷反应机理以及环化机理等进行了详细的讨论。     

利用重组大肠杆菌生产α-环糊精葡萄糖基转移酶

将来源于软化类芽孢杆菌（Paenibacillus macerans）的α-环糊精葡萄糖基转移酶（α-CGT）基因插入含pelB信号肽的质粒pET-20b（＋）中,构建了表达载体pET-20b（＋）／cgt,并将其转化表达宿主E.coli BL21（DE3）。对重组菌E．coli BL21／pET-cgt进行摇瓶发酵条件的优化,确定了其胞外表达α-CGT酶的最适条件：葡萄糖8g/L,乳糖0．5g/L,蛋白胨12g/L,酵母膏24g/L,K2HPO472mmol／L,KH2PO417mmol／L,CaCl2 2．5mmol／L;初始pH为7．0,诱导温度为25℃。在该条件下培养90h后最终α-CGT酶的胞外比活达到22．1u／mL,与来源菌Pmacerans所产天然酶比活相比提高了42倍,实现了α-CGT酶的高效生产。将基因工程菌在上述条件下于3L发酵罐中发酵,90h后胞外酶比活达到22．6U／mL,证实了工业化放大的可能性。     

环糊精葡萄糖基转移酶的基因改造与高效表达

环糊精葡萄糖基转移酶(CGTase,EC 2.4.1.19)是一种多功能酶,主要用于生产环糊精(CD)、糖基化碳水化合物,同时在食品行业也有重要作用。为改善CGTase在这些方面的应用性能,筛选出优势突变酶,异源表达、定点突变、固定化等技术被研究和应用,取得了实质性的进展。综述了CGTase基因高效异源表达策略,概述了基因改造CGTase的研究进展,并且还总结了用于改造CGTase的其他手段,例如固定化酶、嵌合酶、化学添加剂等,以期为在相关CGTase研究领域开展研究提供参考。     

表达环糊精葡基转移酶基因的重组大肠杆菌发酵条件的研究

表达β-环糊精葡萄糖基转移酶的工程菌E.coli BL21(DE3)在含有不同浓度葡萄糖的LB培养基中进行发酵时,0.2%的葡萄糖浓度使酶活提高2.7倍,0.75%的乳糖诱导时的表达量与1mmol/LIPTG诱导时相当。选择卡那霉素、乳糖、Triton-X、甘氨酸的终浓度这四个因素,分别考察三个水平,由L9正交试验确定影响发酵酶活各因素的最佳浓度,即卡那霉素10μg/mL、乳糖0.75%、Triton-X0.5%、甘氨酸1.0%。     

发酵过程中的防染菌防治研究

发酵是生物体对有机物的一种分解过程,是人类接触较早的化学生物反应之一。随着化学生物技术的不断发展与进步,发酵应用的领域越来越广泛,涉及生物工业、化学工业和食品工业。染菌是发酵过程中出现的严重问题,染菌率不断升高会导致生产成本不断增加,降低企业的生产水平,还会给环境造成极大的污染,威胁社会与环境的和谐发展。本文主要从加强染菌的管理和监督、染菌的有效处理和严格控制发酵操作环节三个方面,研究发酵过程中防染菌的防治措施。     

一种α-环糊精葡萄糖基转移酶的纯化及性质研究

本文报道了一种主要转化产物是α-环糊精的环糊精葡萄糖基转移酶的纯化、酶学性质和转化特性。将发酵上清液通过硫酸铵分级沉淀、疏水柱层析和离子交换层析获得表观电泳纯的酶蛋白。纯酶的分子量约为75KDa,等电点5.3。最适反应温度为50℃,最适反应pH为6。对可溶性淀粉的Km值和Vmax分别是50mg/ml和6.07 mg/ml/min。色氨酸残基为酶活力的必需基团。酶的N末端序列为-SPDTSVDNKV-。Ca2+、Zn2+、Fe3+、Cu2+、Fe2+、Ag+对酶活力有强烈抑制作用。纯酶催化转化条件试验表明,廉价的马铃薯淀粉是酶催化制备α-CD的适宜底物,最佳转化条件为：酶量200u/g淀粉,温度40℃,反应时间24h,总转化率达41%,其中α-环糊精占总转化产物的78%。因此,该酶不仅表现出特殊的酶学特性,而且有较好的产业化开发前景。     

化学添加剂提高重组α-环糊精葡萄糖基转移酶酶制剂稳定性

通过向重组α-环糊精葡萄糖基转移酶 (α-CGT酶) 液中添加化学添加剂以提高其热稳定性及贮存稳定性。在不同温度下研究了添加剂对酶液的贮存稳定性影响,并用圆二色谱 (CD) 研究了CGT酶在近紫外区和远紫外区蛋白质结构与热稳定性的变化关系。当单独加入各种添加剂在50 ℃水浴1 h和室温放置108 d后,发现含有20％甘油的酶液稳定性最好,与未加任何添加剂的对照酶液相比仍有91％和50％的酶活,对照酶液在50 ℃水浴1 h后仅有小于10％的活性,室温放置108 d后已经没有酶活。明胶、CaCl2和PEG40     

信号肽及化学通透剂对环糊精葡萄糖基转移酶胞外分泌的影响

【目的】研究不同的信号肽和化学通透剂对重组环糊精葡萄糖基转移酶(CGTase)胞外分泌的影响,提高CGTase的胞外分泌量。【方法】扩增地芽孢杆菌CHB1(Geobacillus sp.CHB1)的CGTase基因,构建带有地芽孢杆菌CHB1自身信号肽、Omp A、Pel B信号肽和不带信号肽的4种重组质粒;比较4种重组质粒对重组CGTase胞外分泌的影响,筛选最优的信号肽;考察甘氨酸、Triton X-100、SDS和Tween 80四种化学通透剂对重组CGTase胞外分泌的影响,确定最佳的化学通透剂及其浓度。【结果】Omp A信号肽介导的分泌效果最好,胞外酶活达到7.44 U/m L,分别是Pel B、CHB1信号肽的2.04倍和11.27倍,不带信号肽的重组质粒菌胞外检测不到酶活;携带Omp A信号肽的重组质粒菌发酵48 h,同时添加浓度为0.6%的甘氨酸和0.3%的Triton X-100,胞外酶活达最大到14.27 U/m L;SDS和Tween 80对该酶的胞外分泌具有明显的抑制作用。【结论】Omp A信号肽的介导效果最佳,同时添加浓度为0.6%和0.3%的甘氨酸和Triton X-100可以有效促进胞外分泌,为该重组酶的高效胞外分泌提供了一种有效的方法。     

重组α-环糊精葡萄糖基转移酶表达条件的优化及其产物专一性的分析

将来源于Bacillus sp 602 -1的α-环糊精葡萄糖基转移酶(ot-CGT)基因(cgt)插入到表达载体PQE30中,构建重组质粒PQE30/cgt,成功转化宿主菌E coli M15后,得到重组菌株E coli M15 (PQE30/cgt).在IPTG的诱导下得到酶表达的最适条件:TB培养基,0.01 mmol/L IPTG,诱导温度16℃,胞内酶比活力最高可达5 209 U/mL;加入IPTG 24 h后,添加甘氨酸和甘露醇会促使酶向胞外分泌.酶蛋白自诱导表达的适宜条件为在TB培养基中添加乳糖3.0 g/L,葡萄糖1.2 g/L,16℃培养96 h,酶比活力达到8 635 U/mL,明显高于IPTG诱导的效果.通过SDSPAGE验证了上述结论.酶催化转化实验表明:重组酶转化质量分数为1％可溶淀粉24h后,α-环糊精(α-CD)转化率可达38.2％,α和β的峰面积比约为3.4:1,α-CD具有较高的专一性,因此该重组α-CGT酶具有较好的工业化应用前景.     

应用易错PCR技术提高环糊精葡萄糖基转移酶的可溶性表达

【目的】对嗜热脂肪芽孢杆菌CHB1的环糊精葡萄糖基转移酶(CGTase)基因进行定向进化,筛选得到胞外酶活性和可溶性表达定量提高的突变酶。【方法】采用易错PCR技术向环糊精葡萄糖基转移酶基因中随机引入突变,建立酶基因突变文库,筛选获得胞外酶活性和可溶性表达定量提高的突变体,并对突变酶进行诱导表达、纯化及部分酶学性质研究。【结果】通过筛选获得CGTase胞外酶活性和可溶性表达定量提高的突变菌株ds-6和ep-9,其胞外α-环化活力分别是原始酶的1.72倍和2.18倍,可溶性表达量提高了1倍。序列分析表明,突变体ep-9有3个碱基发生了变化:G2005A/A2037G/T2081G,其中有2个碱基突变导致了氨基酸的改变。SWISS-MODEL数据库模拟CGTase的结构表明,2个突变氨基酸分别位于无规卷曲和β-转角/折叠之间的转角中。酶学性质测定表明:突变CGTase的β-环化比活力是原始酶的2.44倍,总环化比活力提高了34%,K_m值由4.3 g/L降低到3.74 g/L;在pH稳定性方面较原始酶有所提高。单碱基定点突变证实突变体ep-9可溶性表达水平及胞外酶活性提高的关键突变是G2005A。【结论】本试验表明:基于易错PCR技术获得嗜热芽孢杆菌CHB1的CGTase的胞外酶活和可溶性表达定向进化,G2005A突变对于提高CGTase的可溶性表达及胞外酶活起关键作用,这对认识CGTase的构效关系以及进一步改造该酶分子、扩大酶的生产应用具有重要意义。     

氨基酸发酵过程中的染菌问题及防治

对于纯种培养来说,做好发酵染菌工作是重中之重,本文主要从空气系统、环境因素、设备因素、操作因素、种子因素五方面入手,系统地分析了造成发酵染菌的因素及防治措施。     

重组β-环糊精葡萄糖基转移酶生产偶合糖的工艺优化

偶合糖为一种可代替蔗糖的新型甜味剂,因其具有着色性能良好、保水性能优良、抗龋齿等优点,在食品、医药等领域具有良好的应用前景.本研究旨在找到廉价且易获得的供受体,并利用环状芽孢杆菌Bacilluscirculans 251来源的环糊精转移酶(β-CGTase)生产偶合糖,并优化确定制备偶合糖工艺.以蔗糖为受体,分别从加酶...     

一株1,3-丙二醇生产菌的分离鉴定及其发酵特性

从活性污泥中分离筛选得到一株能代谢甘油生产1,3-丙二醇(1,3-PD)的菌株2-1,通过形态学鉴定、生理生化试验、16S rRNA序列分析对菌株分类学地位进行鉴定,用MEGA 4.1软件构建的系统发育树显示菌株2-1与Klebsiella pneumoniae(CP001891)的亲缘关系最近。16S rDNA序列同源性比较发现,菌株2-1与模式菌株同源率为95.4%,疑似为新种。对菌株2-1在5 L发酵罐中进行发酵特性研究,分批补料发酵时得到较高的1,3-PD终浓度,达到63.5 g/L,此时生产强度为2.19 g/(L.h),底物转化率0.64 mol/mol。     

表面活性剂对大肠杆菌胞外生产α-环糊精葡萄糖基转移酶的影响

研究了不同浓度表面活性剂Tween-80,Triton X-100,SDS对大肠杆菌生产α-环糊精葡萄糖基转移酶（α-CGT酶）的影响。结果表明：发酵初始添加Tween-80和Triton X-100的最适浓度分别为2％,0.5％,最终胞外酶活分别达2.03U/ml和4.92U/ml,相对于未添加表面活性剂时提高4.6倍和12.67倍,且改变添加时间不能提高酶的产量;发酵36 h添加0.02％SDS对α-CGT酶产量促进最大,最终胞外酶活达5.31U/ml,较对照组提高12.75倍。表面活性剂对α-CGT酶生产的促进作用可能是由大肠杆菌细胞内外膜渗透性增加所致,使细胞周质空间中α-CGT酶能更加快速地渗透到胞外。     

α-环状糊精葡萄糖基转移酶的固定化及其性质研究

研究了一种α-环糊精葡萄糖基转移酶的固定化和固定化酶的性质。通过对戊二醛浓度、酶量和交联时间各单因素的考察,确定了最佳的固定化条件。与游离酶相比,以DEAE纤维素为载体的固定化酶最适pH向酸性偏移,最适温度不变,pH稳定性和热稳定性都有所提高。在40℃、150r/min下反应3h,转化率可以达到32%。固定化酶可以连续使用4次以上。固定化酶在4℃、5mmol/L CaCl2溶液里保存18d,还剩余80%以上的活力。     

分子伴侣共表达对嗜热环糊精葡萄糖基转移酶异源可溶性表达的影响

【目的】通过优化表达条件,提高嗜热环糊精葡萄糖基转移酶(CGTase)的可溶性表达和胞外酶活性。【方法】构建含cgt基因的重组表达质粒p ET-28a(+)-omp A-cgt,筛选最适诱导温度,并构建5种分子伴侣共表达系统(p KJE8、p KJE7、p Gro7、p Tf16和p G-Tf2,5种分子伴侣质粒分别与重组表达质粒p ET-28a(+)-omp A-cgt共表达),筛选最适分子伴侣质粒,优化共表达条件。【结果】通过SDS-PAGE分析和测定胞外酶活,CGTase基因在大肠杆菌中实现表达,且具有一定量的重组CGTase分泌至胞外;25°C诱导时CGTase的可溶性表达和在胞外上清中的酶活都最高;分子伴侣质粒p KJE8使酶的胞外活性提高了48.6%,效果最为显著;当L-阿拉伯糖浓度为0.5 g/L时,分子伴侣质粒p KJE8使酶的胞外活性提高了68.5%。【结论】通过优化表达条件及使用分子伴侣共表达系统提高了环糊精葡萄糖基转移酶的可溶性表达和胞外酶活,为该酶进一步相关研究奠定了基础。