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。     

Bacillus clarkii 7364 γ-环糊精葡萄糖基转移酶的可溶性表达及其催化特性分析

按照大肠杆菌偏爱密码子对Bacillus clarkii 7364来源的γ-环糊精葡萄糖基转移酶(γ-CGTase)进行优化,构建γ-CGTase原核表达菌株,摸索γ-CGTase的可溶性表达条件及纯化条件,并对其催化特性进行研究。结果表明:在28℃条件下实现了γ-CGTase的高效可溶性表达,可溶性蛋白占总蛋白表达量的63%,酶活可达3 830 U/mL。经(NH4)2SO4沉淀和α-CD-Sepharose 6B亲和柱纯化后,酶蛋白纯化了12.97倍,酶收率20.31%。使用该酶对木薯淀粉进行转化,转化产物中γ-环糊精(γ-CD)的比例可达90.9%,几乎无α-环糊精(α-CD),与天然酶的79%相比提高了15%。将该基因工程菌在20 L发酵罐中发酵,10 h后酶活达到4 375 U/mL,证实了其工业化放大的可能。该酶具有非常高的转化专一性,有非常好的工业化前景。     

多酶复配合成海藻糖及其分离提取的研究

以大米淀粉为原料,多酶复配制备海藻糖。确定了实验室条件下多酶复配生产海藻糖的最佳条件:以15%(m/V)大米淀粉为底物,催化温度45℃、pH 6. 0、DE值16、α/β-CGTase加量为1. 4U/ml、催化28h后糖化处理12h,海藻糖转化率由双酶法催化的50%提高至73%。在底物浓度为25%(m/V)时,海藻糖产量最高达到182. 5g/L,随后对高浓度海藻糖进行分离提取,分别考察了活性炭脱色、离交分离、浓缩结晶等对海藻糖提取效率的响。     

α-环糊精糖基转移酶活性区域突变提高选择形成γ-环糊精能力

探讨α-环糊精糖基转移酶(CGT酶)活性区域-3亚位点(47位赖氨酸残基),-7亚位点(146~152位氨基酸残基)以及环化中心位点(195位酪氨酸残基)对其催化底物形成γ-环糊精(CD)能力的影响。将α-CGT酶相应位点分别进行如下突变:K47T,Y195I,以及146~152位氨基酸残基替换为异亮氨酸(命名为△6),并在大肠杆菌BL21中实现异源活性表达。以可溶性淀粉作为底物进行转化,利用HPLC分析各种突变酶的催化产物中3种环糊精产量和比例。结果表明,和野生酶相比,所有突变酶的淀粉水解活性和环糊精总生成量都有不同程度的下降。在产物的组成方面,突变酶Y195I的催化产物中,α-CD的含量由68%降为30%,β-CD由22.2%提高为33.3%;而γ-CD由8.9%提高为36.7%,含量提高了4倍,取代α-CD成为产物中的主要成分;γ-CD的实际产量为1.1 g/L,是野生酶(0.4 g/L)的3倍。突变酶K47T和△6的转化产物中α-CD比例有不同程度下降,但仍然是产物中的主要组分,β-和γ-CD的比例都有所增加。由此可见,活性区域中195位氨基酸对于α-CGT酶的活力和催化选择性具有重要的影响,Y195I突变体酶最有利于选择性形成γ-CD。纯化后突变酶Y195I的酶学性质试验表明,其最适反应温度和野生酶相同,但最适反应pH有所提高,且比野生酶具有更好的pH稳定性。因此,突变酶Y195I具有生产制备γ-CD的潜力。     

微乳体系中11β-羟基甲羟孕酮的C1,2生物脱氢

为改善过程传质,提高甾类药物中间体11β-羟基甲羟孕酮C1,2生物脱氢转化率,采用简单节杆菌Arthrobacter simplex UR016菌株在Tween-80/乙醇/食油/水构成的微乳体系中进行生物脱氢,并考察了微乳体系组成、转化温度、投料浓度对脱氢反应的影响。结果表明:以菌体培养液作为水相,食油作为油相构建微乳体系,食油最适加量为10g/L,表面活性剂Tween-80加量为4g/L;底物经醇溶后水析投料,乙醇最适加量为发酵液体积的7%(V/V);最适转化温度为33oC;当底物浓度为4g/L时,在构建的微乳体系中转化46h,脱氢转化率达88.6%,与水相转化工艺相比提高了66.2%。在该体系中疏水性11β-羟基甲羟孕酮底物得到了有效的增溶和扩散,生物脱氢转化率明显提高。     

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.     

提高源自Bacillus circulans 251的β-CGTase对麦芽糖亲和性及其在生产海藻糖中的应用

将B. circulans 251β-CGTase应用于海藻糖制备,海藻糖转化率从50. 4%提高至71. 9%。为进一步提高底物的转化率,运用易错PCR-高通量筛选技术筛选对以麦芽糖为歧化反应受体的亲和性提高的B. circulans 251β-CGTase突变体。利用低底物浓度的96孔板4,6-亚乙基-对硝基苯-α-D-麦芽七糖苷(EPS)显色法,最终筛选得到了一株对麦芽糖亲和性提高的突变体M234I。将野生型β-CGTase和突变体酶M234I进行蛋白质纯化,测定其酶学性质。结果表明,突变体的比活为345. 25U/mg,野生型则为357. 63U/mg;突变体M234I对麦芽糖的K_m为0. 258 2mmol/L,仅为野生型(0. 474 9mmol/L)的54. 4%,对麦芽糖的亲和性显著提高;突变体的最适温度、最适p H较野生型未发生较大变化。以麦芽糊精(DE值16)为底物,将突变体M234I用于多酶复配体系生产海藻糖,酶反应结果表明海藻糖的转化率最高达74. 9%,较野生型β-CGTase提高约3%。     

提高源自Bacillus circulans 251的β-CGTase对麦芽糖亲和性及其在生产海藻糖中的应用 *

将B. circulans 251 β-CGTase应用于海藻糖制备,海藻糖转化率从50.4%提高至71.9%。为进一步提高底物的转化率,运用易错PCR-高通量筛选技术筛选对以麦芽糖为歧化反应受体的亲和性提高的B. circulans 251 β-CGTase突变体。利用低底物浓度的96孔板4,6-亚乙基-对硝基苯-α-D-麦芽七糖苷(EPS)显色法,最终筛选得到了一株对麦芽糖亲和性提高的突变体M234I。将野生型β-CGTase和突变体酶M234I进行蛋白质纯化,测定其酶学性质。结果表明,突变体的比活为345.25U/mg,野生型则为357.63U/mg;突变体M234I对麦芽糖的K_m为0.258 2mmol/L,仅为野生型(0.474 9mmol/L)的54.4%,对麦芽糖的亲和性显著提高;突变体的最适温度、最适pH较野生型未发生较大变化。以麦芽糊精(DE值16)为底物,将突变体M234I用于多酶复配体系生产海藻糖,酶反应结果表明海藻糖的转化率最高达74.9%,较野生型β-CGTase提高约3%。     

营养保健甘薯汁制备工艺的优化

目的:优化营养保健甘薯汁的制备工艺。方法:本研究以甘薯为原料,在加酶量、作用时间、反应温度、pH及底物浓度五个单因素试验的基础上采用响应面分析法,以甘薯浆中还原糖量为评价指标,对耐高温α-淀粉酶酶解甘薯浆中淀粉的最佳工艺进行了研究,并利用统计学方法建立了耐高温α-淀粉酶酶解甘薯浆中淀粉的二次多项数学模型。结果:最佳酶解条件为:加酶量480U/g,作用时间90min,反应温度77℃,pH值6.0,底物浓度2.6g/10ml。结论:在最佳酶解条件下,甘薯中还原糖最大估计值为13.97345%,实测值为(13.968±0.05)%。     

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。     

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。     

有机溶剂对黑根霉甾体11α-羟基化的影响

考察了有机溶剂对黑根霉甾体11α-羟基化反应中转化底物16α,17α-环氧孕甾酮生成11 α, 16α,17α-环氧孕甾酮的转化率和细胞色素P450酶浓度的影响.向培养28 h的培养液中添加终浓度0.035 mol/L的丙酮和1.75 g/L的底物,继续转化48 h.与未添加丙酮相比,添加丙酮后的底物转化率和细胞色素P450酶表达量分别提高了6.8%和30%.说明丙酮添加可明显提高黑根霉甾体11α-羟基化能力和细胞色素P450酶的表达.     

重组精氨酸脱亚胺酶制备L-瓜氨酸的工艺条件优化

将来源于Pseudomonas putida ACCC 10185的ADI编码基因克隆到表达载体p ET-24a(+)中,转化Escherichia coli BL21(DE3),通过超声波破碎得到粗酶液,酶活检测ADI酶活为26 U/m L发酵液。对酶转化L-精氨酸盐酸盐生成L-瓜氨酸的反应条件进行了优化,结果表明,当底物L-精氨酸盐酸盐浓度650 g/L,反应初始p H6.0,温度37℃,加酶量24 U/g底物,转速100-200 r/min,转化时间7 h,L-瓜氨酸转化率达到100%,是目前国内外报道的酶法制备L-瓜氨酸的最高水平。     

启动子对枯草芽孢杆菌表达环糊精葡萄糖基转移酶的影响

以质粒pHY300PLK为骨架构建Bacillus stearothermophilus来源的α/β-环糊精葡萄糖基转移酶(α/β-CGTase)在枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)表达系统的表达质粒。为了提高α/β-CGTase的表达量,考察了9个单启动子(P_(amyQ), P_(amyQ)', Papr E, Pgsi B, Phpa Ⅱ, Pnpr E, Psrf, Pxyl, Pxyl')对α/β-CGTase表达量的影响,摇瓶发酵表明最优单启动子为P_(amyQ)',α/β-CGTase表达量为6.52 U/mL,其次为Phpa Ⅱ和Pnpr E,分别对应酶活5.80 U/mL和5.73 U/mL。用P_(amyQ)'与P_(amyQ)'、Phpa Ⅱ、Pnpr E两两组合,构建双启动子P_(amyQ)'-P_(amyQ)'、Phpa Ⅱ-P_(amyQ)'、Pnpr E-P_(amyQ)',摇瓶发酵表明最优双启动子为Phpa Ⅱ-P_(amyQ)',α/β-CGTase表达量为11.15 U/mL,是用单启动子PamyQ'表达时的1.7倍。测定Phpa Ⅱ-P_(amyQ)'、P_(amyQ)'-P_(amyQ)'、P_(amyQ)'-P_(amyQ)'、P_(amyQ)'、Pgsi B、Phpa Ⅱ为启动子时,α/β-CGTase m RNA转录水平,结果表明α/β-CGTase表达量随m RNA转录水平的提高而提高。使用含有启动子Phpa Ⅱ-P_(amyQ)'的表达质粒进行3 L罐发酵,培养96 h时,α/β-CGTase酶活达到最高110.4 U/mL。     

拟结晶投料环氧黄体酮犁头霉羟化过程研究

环氧黄体酮羟化产物是多种甾体激素药物的中间体,其11-羟化过程利用犁头霉(Absidiacoerulea)所得转化率远高于其他菌株。采用拟结晶投料方式,将环氧黄体酮颗粒细化后加一定量水,β-环糊精,吐温-80,超声波乳化后投入发酵液中。这种投料方式可避免传统投料中使用有机溶剂毒害细胞的缺点,更利于底物转化。采用多层前传神经网络建立培养基和投料成分配比与转化率关系模型,并将具有全局寻优性能的粒子群优化算法(PSO)应用于培养基和投料成分配比的优化,收敛速度快,效果好。在优化的操作条件下,摇瓶中投料浓度为10g/L时底物转化率达到87.5%,在3.7L发酵罐中投料浓度提高到20g/L时底物转化率仍高达86.6%。     

生物转化法合成16α-羟基泼尼松龙的发酵工艺研究

目的:研究1株玫瑰产色链霉菌(Streptomyces roseochromogenes)的发酵培养基和底物转化条件,以提高16α-羟基泼尼松龙的转化率。方法:采用紫外与氯化锂复合诱变获得目的菌株TS-58,利用正交实验等方法考查摇瓶发酵条件,研究不同浓度的碳源、氮源对玫瑰产色链霉菌生长的影响,以及不同底物浓度、底物加入时间、装液量、金属离子和添加助溶剂等条件对转化生成16α-羟基泼尼松龙能力的影响。结果:获得最佳转化培养基为葡萄糖10 g/L、可溶性淀粉50 g/L、蛋白胨10 g/L、黄豆饼粉25 g/L、磷酸二氢钾0.2 g/L、硫酸镁0.5 g/L硫酸锌0.5 g/L。在底物投料量5 mg/mL添加0.8 mg/ml PEG助溶剂的最优条件下,16α-羟基泼尼松龙的转化率达到了13.8%。结论:突变株Streptomyces roseochromogenes TS-58能有效地在泼尼松龙上引入16α-羟基羟基,为工业生产16α-羟基泼尼松龙奠定了基础。     

基于分子动力学模拟的高γ-环糊精专一性环糊精糖基转移酶理性改造

【背景】环糊精糖基转移酶的分子动力学模拟较传统基因改造而言能有效提高改造效率,减少盲目性。【目的】探究环糊精糖基转移酶的催化专一性机理,为获得产γ-环糊精专一性更高的环糊精糖基转移酶提供高效突变菌株方法。【方法】通过分子对接和分子动力学模拟,获得3种产物类型CGTase与底物的对接模拟结构,并通过定点突变实验进行验证。【结果】分子动力学模拟结果显示α-和β-CGTase与十糖链在酶蛋白S1区域呈现闭合的形态,而γ-CGTase和十糖链在S1区域呈现更易于生成γ-环糊精的张开形态;3种CGTase与十糖链在相同位置存在氢键的氨基酸共有17个相对应位点,其中14个位点的氨基酸种类一致,不一致的3个氨基酸对应α-CGTase位点分别为Y89、D234和Y262。本研究对Y262位点进行定点突变和产物专一性实验,结果显示经过分子动力学预测的Y262L有助于提高产γ-CD专一性,从野生酶的13.7%提高到39.9%,γ-环糊精产物比例提高了3倍。【结论】分子动力学模拟结果对于指导环糊精糖基转移酶的专一性内在机理具有一定的正向指导意义。     

双酶偶联转化富马酸制备β-丙氨酸的工艺的建立与优化

酶转化法是生产β-丙氨酸的重要途径,但单一酶法转化存在底物价格较高的问题。通过构建双酶催化体系制备β-丙氨酸,即将来源于大肠杆菌的天冬氨酸酶(AspA)和来源于谷氨酸棒杆菌的L-天冬氨酸α-脱羧酶(PanD)偶联,以富马酸和氨为底物进行酶促反应合成β-丙氨酸。催化反应中AspA与PanD的最适加酶比例为1∶80,其中AspA的浓度为10μg/mL,转化温度为37℃,pH为7.0;浓度为100 mmol/L的富马酸可在8 h内被完全转化,转化率为100%,摩尔产率为90.9%,β-丙氨酸的产量为90 mmol/L,约为7 g/L;浓度为200 mmol/L的富马酸在反应8 h后,体系中β-丙氨酸的产量为126 mmol/L,约合9.8 g/L,继续延长反应时间,转化率并没有明显提高。根据该研究提出的双酶偶联转化工艺可将价格低廉的富马酸一步转化为具有高附加值的β-丙氨酸。     

重组嗜热栖热菌海藻糖合酶制备海藻糖的工艺条件优化

海藻糖具有独特的生物活性,在多种行业应用广泛。海藻糖合酶能够专一性催化麦芽糖一步生成海藻糖。本文通过PCR扩增获得了来源于Thermus thermophilus ATCC33923的海藻糖合酶基因Tre S,构建了基因工程菌E.coli BL21(DE3)/p ET-24a(+)-Tre S。工程菌在摇瓶中发酵28 h时,胞内海藻糖合酶酶活达到最高值为6.4 U/m L。进一步研究了该重组酶制备海藻糖的影响因素,发现当以10%麦芽糖为底物,初始反应p H 7.5,加酶量为15 U/g麦芽糖,40℃,150 r/min反应24 h,转化率达到最高值,为49.0%。当底物浓度提高至20%~40%时,转化率为45.4%~46.2%。     

Gibberella intermedia CA3-1羟基化去氢表雄酮的工艺

利用Gibberella intermedia CA3-1对甾体化合物去氢表雄酮(DHEA)进行C7α-羟基化反应研究。用单因素实验的方法考察接种量、装液量、转速、有机溶剂助溶、投料浓度以及底物投加时间对产物7α-羟基去氢表雄酮(7α-OH-DHEA)生成的影响。最终确定最适工艺条件:接种量6%,装液量30 m L(250 m L三角瓶),转速220 r/min,体积分数6%丙二醇助溶,接种时即添加底物,底物DHEA质量浓度1 g/L,转化时间36 h。采用优化后的转化条件,7α-OH-DHEA摩尔得率为72.34%。