赖氨酸酰化酶的重组表达及其催化合成ε-月桂酰-L-赖氨酸

来源于链霉菌的赖氨酸酰化酶Sm-ELA能催化赖氨酸和月桂酸在水相中合成月桂酰赖氨酸,避免了采用化学合成法所必需的高温和有机溶剂条件,是一种节能、环境友好的替代方法。构建了过表达链霉菌赖氨酸酰化酶基因的重组质粒pET28a-SmELA和pTrcOmpXK₁₂₂SmELA,分别实现了该酶在大肠杆菌胞内和细胞表面的活性表达。比较两种不同表达方式的效果后,将重组酶应用于催化合成月桂酰赖氨酸的反应中,结果显示,在赖氨酸浓度为50 mmol/L,月桂酸浓度为10 mmol/L时,反应24 h,月桂酸转化率最高达到31.1%。     

阿维链霉菌来源的磷脂酰丝氨酸合成酶基因的克隆及其在毕氏酵母中的异源表达

本文旨在构建阿维链霉菌(Streptomyces avermitilis)来源的磷脂酰丝氨酸合成酶基因(pss)的重组质粒,研究其在毕氏酵母中的异源分泌型表达。利用PCR技术克隆阿维链霉菌来源的pss基因,再通过电转化方法将重组质粒pOG-01转入毕氏酵母KM71中,构建重组工程菌KP1。实验结果表明,阿维链霉菌来源的磷酯酰丝氨酸合成酶基因在毕氏酵母KM71中成功表达,2 mL菌体上清催化50 mmol/L卵磷脂,转酯反应的转化率为58%,酶活为4.83 U/mL。     

S-腺苷甲硫氨酸合成酶反应条件的优化

优化了重组毕赤酵母表达的S-腺苷甲硫氨酸合成酶催化L-甲硫氨酸(Met)和ATP合成 S-腺苷甲硫氨酸的条件,确定了该酶的最适酶活力检测条件为20mmol/L的L -Met,26mmol/ L的ATP,52mmol/L的MgCl2,300mmol/L的KCl,8mmol/L的还原型谷胱甘肽,100mmol/ L的Tris,反应液pH 8.5,35°C反应 1h,比活力达到23.84U/mg.该酶还可以催化以DL-Met代替L-Met为底物的S-腺苷甲硫氨酸合成反应,以降低生产成本.     

α-酮戊二酸依赖型双加氧酶催化特性及反应耦联辅因子对其催化羟基化反应的影响

【目的】以重组大肠杆菌表达的枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)L-异亮氨酸双加氧酶(L-isoleucine dioxygenase,IDO)为研究对象,考察其催化L-异亮氨酸(L-Ile)羟基化反应的影响因素,构建IDO催化合成羟基氨基酸的反应体系。【方法】通过Ni-NTA亲和层析法从重组大肠杆菌(Escherichia coli)BL21/p ET28a-ido中纯化获得重组IDO,以L-Ile为底物,考察重组IDO催化羟基化反应的影响因素,并进一步针对耦联反应优化α-酮戊二酸(α-KG)在重组IDO酶促转化体系中的添加浓度。【结果】基于重组IDO催化L-Ile羟基化的活性测定,计算该酶Km为0.247 mmol/L,kcat为1.260 s-1,kcat/Km为5.101 L/(mmol·s),与其他同源酶动力学参数比较分析表明,重组IDO的底物亲和性及催化效率较高。重组IDO催化反应的最适温度为20°C、最适p H为7.0;在35°C以下较为稳定;反应体系中Fe2+最适浓度为1 mmol/L。重组IDO可催化不同L-氨基酸反应,对L-异亮氨酸、L-正亮氨酸、L-甲硫氨酸的活性较高。通过优化α-KG浓度,反应体系中添加30 mmol/Lα-KG时,可将底物浓度提高至70 mmol/L,产物4-羟基异亮氨酸(4-HIL)的摩尔产率达66.20%,表明α-KG作为反应耦联辅因子,其浓度对重组IDO催化L-Ile羟基化具有显著影响。【结论】重组IDO的底物亲和性、催化效率、最适催化条件、稳定性等基本性质有利于催化L-Ile羟基化反应。在其催化反应体系中,α-KG作为反应耦联辅因子,对酶促转化效果影响显著。研究结果为4-HIL及其他羟基氨基酸的酶促转化提供了研究基础。     

重组大肠杆菌全细胞催化合成莱鲍迪苷D

莱鲍迪苷D(Rebaudioside D,RD)是一种稀有具有高甜度的甜菊糖苷类化合物。本文实现了重组大肠杆菌全细胞催化莱鲍迪苷A(Rebaudioside A,RA)合成RD。以水稻c DNA为模板,扩增得到葡萄糖基转移酶基因eugt11,构建了重组菌株E.coli BL21(p ETDuet-eugt11),并成功表达了重组蛋白6His-EUGT11。通过Ni柱亲和层析纯化并在体外酶催化反应表征了其催化活性。将重组菌BL21(p ETDuet-eugt11)应用于催化合成RD研究。探讨了反应体系pH、温度、柠檬酸钠浓度、菌体密度、二价金属离子、二甲苯体积分数、UDPG添加浓度对反应效率的影响。单因素考察结果显示,在菌体密度0.16 g湿细胞/m L反应液,底物RA浓度为1.0 mmol/L,pH 8.0,60 mmol/L柠檬酸钠,1%二甲苯,0.1 mmol/L Zn Cl2,12.0 mmol/L UDPG,反应温度42℃,反应时间24 h的条件下,RD产量为123.6 mg/L(约0.1 mmol/L)。     

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。     

生米卡链霉菌变株丙酰化酶基因的克隆和表达

麦迪霉素产生菌生米卡链霉菌(streptomyces mycarofaciens)变株具有丙酰化酶活性,可以将螺旋霉素转化为丙酰螺旋霉素。为了进行丙酰化酶基因克隆,本实验以质粒pIJ702为载体通过鸟枪克隆法将变株DNA片段克隆至变铅青链霉菌TK54(Streptomyces livdansTK54),经薄层层析和高压液相色谱分析结果表明,在转化子中,N0．9菌株可以将螺旋霉素转化为丙酰螺旋霉素,这证明丙酰化酶基因已在变铅青链霉菌TK54中克隆并得到初步表达,№．9重组质粒插入DNA片段为4．16kb,经southern杂交表明确实来源于变株。此外还构建了N0．9重组质粒的限制酶酶切图谱。     

ATP合成菌株的构建及用于联合生产S-腺苷甲硫氨酸

为降低S-腺苷甲硫氨酸的生产成本,构建了同时表达腺苷激酶、腺苷酸激酶和乙酸激酶3种酶的重组大肠杆菌菌株用于ATP的合成,并对ATP的转化条件进行了优化,优化后的反应体系为:腺苷30 mmol/L,乙酰磷酸二锂盐135 mmol/L,硫酸镁5 mmol/L,硼砂50 mmol/L,菌体2 g/L(湿重),反应液初始pH7.5,反应温度为35℃,反应时间为3 h,反应转化率可以达到99%以上。按照上述反应体系进行5 L放大,反应结束后再投入65 mmol/L D,L-甲硫氨酸和50 g/L(湿重)表达腺苷甲硫氨酸合成酶的重组大肠杆菌菌体,并补加15 mmol/L硫酸镁,转化18 h S-腺苷甲硫酸浓度能达到8.7 g/L,转化率达到72.5%。     

基于前体供给途径遗传改造提高褐黄孢链霉菌纳他霉素的产量

纳他霉素(natamycin)是一种高效、广谱、安全的抗真菌剂,广泛应用于食品防腐与医药领域。纳他霉素可由多种链霉菌发酵产生。它是以乙酰辅酶A、丙二酰辅酶A及甲基丙二酰辅酶A为前体经Ⅰ型聚酮合酶(polyketide synthase,PKS)催化合成的多烯大环内酯类化合物。本研究以纳他霉素产生菌——褐黄孢链霉菌为研究材料,分别对不同前体分子供给途径中的关键酶进行过表达,并确定影响纳他霉素产量的关键前体供给途径。研究结果发现：通过过表达乙酰辅酶A合成酶(acetyl-CoA synthase,ACS)加强乙酰辅酶A合成途径,以及通过过表达甲基丙二酰辅酶A变位酶(methylmalonyl-CoA mutase,MCM)加强甲基丙二酰辅酶A合成途径,重组菌株纳他霉素产量分别比野生型菌株提高了44.19%和20.51%。共过表达ACS和MCM,重组菌株纳他霉素产量获得进一步提升(达1123.34mg/L),比野生型菌株提高了66.29%。上述发现为通过前体代谢工程的策略构建纳他霉素工业高产菌株提供了参考,也为其他聚酮类天然产物高产工程菌株的构建提供了借鉴。     

α-氨基酸酯酰基转移酶表达纯化、酶学性质及其催化应用

α-氨基酸酯酰基转移酶(α-amino acid ester acyltransferase,AET)能够催化底物L-丙氨酸甲酯盐酸盐、L-谷氨酰胺合成L-丙氨酰-L-谷氨酰胺(L-alanyl-L-glutamine,丙谷二肽)。利用重组大肠杆菌saet-QC01表达α-氨基酸酯酰基转移酶,对其表达条件进行了优化,通过Ni-NTA亲和层析法分离纯化重组蛋白,并对其酶学性质、催化应用进行了研究。适合酶表达的诱导条件:温度20℃,诱导阶段(OD_(600)=2.0-2.5),IPTG浓度0.6 mmol/L,诱导时间12 h。α-氨基酸酯酰基转移酶的最适反应温度27℃,最适pH 8.5,在pH 7.0-8.0很稳定,在酸性条件下相对稳定,低浓度的Co~(2+)、低浓度的EDTA对酶活有促进作用。在底物浓度丙氨酸甲酯盐酸盐600 mmol/L、谷氨酰胺480 mmol/L,丙谷二肽的产量达到78.2 g/L,生产速率达到1.955 g/(L·min),转化率达到75.0%。α-氨基酸酯酰基转移酶具有良好的酸碱耐受性,催化效率高的优良特性,在工业生产中具有较好的应用潜力。     

重组大肠杆菌高效催化合成γ-氨基丁酸

[目的]实现重组大肠杆菌高效合成γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid,GABA)。[方法]构建表达谷氨酸脱羧酶的基因工程菌Escherichia coli p ET-GAD,对催化工艺进行初步优化,实现高效催化L-谷氨酸脱羧反应合成GABA。[结果]在谷氨酸脱羧酶的表达过程中,维生素B6盐酸吡哆醇(PN)可以替代5-磷酸吡哆醛(PLP)作为辅酶补给,提高工程菌E. coli p ET-GAD的催化活力。在50 m L反应体系中,重组细胞浓度为8 mg/m L,底物浓度为200 mmol/L,在35℃、p H 4. 4条件下反应2 h,L-谷氨酸的转化率 98%。为了提高GABA的生产效率,采用谷氨酸/谷氨酸钠分批补料方式控制反应过程中的p H值,GABA的最终浓度达到247 g/L。[结论]重组大肠杆菌可以高效催化合成γ-氨基丁酸,为基因工程菌工业化制备GABA提供实验依据。     

组成型表达粪产碱杆菌青霉素G酰化酶重组大肠杆菌发酵条件研究

目的:对重组大肠杆菌组成型表达粪产碱杆菌青霉素G酰化酶(AfPGA)进行了发酵条件研究。方法:在摇瓶和5L发酵罐中研究了(NH4)2SO4和葡萄糖浓度对质粒的分离稳定性及青霉素G酰化酶表达的影响。结果:该工程菌质粒具有分离不稳定性,培养基中无(NH4)2SO4时发酵过程中pH和糊精水解生成葡萄糖的浓度变化较小,细胞前期(0h-12h)的生长速率降低,质粒分离稳定性和青霉素G酰化酶的表达水平提高。发酵过程中维持低葡萄糖水平可以限制细胞的生长速率,提高质粒稳定性和促进青霉素G酰化酶的合成。采用混合碳源发酵,发酵培养基含糊精2g/L,12h后以1g/L.h恒速流加葡萄糖至35h,控制流加过程葡萄糖浓度0.1g/L左右,平均比生长速率为0.06h-1,发酵结束时质粒稳定性为86%,青霉素G酰化酶的表达水平达23 000U/L。结论:重组大肠杆菌组成型表达青霉素G酰化酶的研究对工业生产有一定指导意义。     

腾冲嗜热杆菌热稳定海藻糖磷酸化酶的基因表达与酶的分子生物学性质研究

分离克隆了腾冲嗜热杆菌(Thermoanaerobacter tengcongensis)海藻糖磷酸化酶(TreP)的编码基因(treP), 该酶可催化以葡萄糖和α-1-磷酸葡萄糖为底物的海藻糖合成反应及其逆向的分解反应. 反向mRNA点杂交实验表明, 腾冲嗜热杆菌中treP基因在高盐胁迫条件下表达量增加, 而在海藻糖诱导条件下表达量降低. 将该基因导入不含TreP的大肠杆菌中进行诱导表达, SDS-PAGE表明, 异源表达的TreP分子量约为90 kD, 与预期值相同. 通过葡萄糖氧化酶法测定分解产物葡萄糖的产率表明: TreP催化海藻糖分解反应的最适温度是70℃, 最适pH值为7.0; 通过HPLC检测合成产物海藻糖的产率表明: TreP催化合成反应的最适温度为70℃, 最适pH值为6.0. 在最适反应条件下, 50 μg的TreP粗酶可催化25 mmol/L α-1-磷酸葡萄糖与葡萄糖在30 min合成11.6 mmol/L海藻糖; 而同量的酶在同样时间内仅能将250 mmol/L海藻糖分解生成1.5 mmol/L葡萄糖. 以上体内胁迫和诱导表达分析及体外酶学性质分析均证明该酶的主要功能是催化海藻糖的合成反应. 热稳定性实验表明, 该酶性质比较稳定, 在50℃下温育7 h还能保持77%以上的活性, 是一个有潜在工业用途的新的热稳定海藻糖合成酶.     

何首乌中Ⅲ型聚酮合酶基因FmPKS2的原核表达及鉴定

目的：对传统中药何首乌中Ⅲ型聚酮合酶基因FmPKS2进行原核表达并鉴定重组蛋白酶活性,为研究该酶基因在何首乌有效成分代谢合成及其调控中的功能奠定基础。方法：根据何首乌FmPKS2（GenBank登录号：GQ984139）基因序列,通过PCR扩增其全长的编码区,克隆至原核表达载体PET-28a,构建重组质粒PET-FmPKS2,将其转化原核表达菌株E.coli BL21（DE3）,并用IPTG诱导表达,SDS-PAGE鉴定融合蛋白可溶性,通过Ni-NTA亲和树脂纯化可溶性蛋白后以丙二酰-COA和香豆酰-COA为底物进行催化反应,TLC鉴定反应产物。结果：经过诱导,重组菌表达分子量为42KD左右的融合蛋白,其中可溶性重组蛋白最优表达条件为IPTG浓度0.5 mmol/L,诱导时间6h,温度25℃。纯化后的可溶性重组蛋白催化丙二酰-COA和香豆酰-COA得到的产物经TLC鉴定为二苯乙烯类化合物白藜芦醇。结论：成功实现FmPKS2的原核表达且融合蛋白以可溶形式存在,催化反应证明FmPKS2融合蛋白具有二苯乙烯合酶的活性。     

大孔树脂共吸附固定葡聚糖-脂肪酶催化合成香茅酯

以大孔树脂为载体对脂肪酶和葡聚糖进行共吸附固定,考察葡聚糖的共吸附对脂肪酶固定化效果的影响,并应用所得固定化酶在无溶剂体系催化合成月桂酸香茅酯。结果表明:在固定化过程中添加终质量浓度为0.75mg/m L的葡聚糖可提高固定化酶酶活回收率,使用该固定化酶在无溶剂体系催化月桂酸与香茅醇酯化,酶的催化效率及操作稳定性均有提高。在底物月桂酸与香茅醇物质的量的比为1∶1,加入1 U的固定化脂肪酶,在50℃时无溶剂体系中反应10 h,反应的酯化率达95.3%。添加终质量浓度为0.75 mg/m L的T-20及T-40(葡聚糖相对分子质量为2×10~4和4×10~4)制备的固定化酶可将到达95%酯化率的反应时间缩短至6 h,其中添加T-40的固定化酶经10次连续催化后,仍保持75%以上的催化活性。     

L-脯氨酸-4-羟化酶的异源表达和合成反式-4-羟基-L-脯氨酸的条件优化

L-脯氨酸-4-羟化酶(L-Proline-4-hydroxylase,P4H)是依赖α-酮戊二酸(α-KG)和Fe2+的双加氧酶成员之一,在反式-4-羟基-L-脯氨酸(trans-4-hydroxy-L-proline,t-4Hyp)等重要手性化合物的生物合成中发挥关键作用。本研究构建了来源于Bradyrhizobium japonicum USDA 6的P4H重组大肠杆菌Escherichia coli BL21(DE3)/p ET-28b-p4h BJ,SDS-PAGE和酶活检测结果表明,该菌株具有表达可溶性P4H和催化合成t-4Hyp的能力。通过优化,确定了该重组菌全细胞催化合成t-4Hyp较优的反应体系和条件:10 m L p H 6.5 80 mmol/LMES缓冲液、9 mmol/L L-Pro,6 mmol/L L-抗坏血酸,6 mmol/Lα-KG,0.8 mmol/L Fe SO4·7H2O,反应温度为35℃;在20 g/L湿细胞的催化反应中,t-4Hyp的合成量达到34.86 mg/L,比优化前(17.53 mg/L)提高了98.86%。该工作为进一步利用P4H生物催化法合成t-4Hyp奠定了一定的技术基础。     

毕赤酵母表面展示南极假丝酵母脂肪酶B全细胞催化合成葡萄糖月桂酸酯

利用表面展示南极假丝酵母脂肪酶B(Candida antarctica lipase B,CALB)的毕赤酵母细胞为全细胞催化剂,以葡萄糖为酰基受体,月桂酸为酰基供体,在非水相体系中催化合成糖酯。用硅胶柱层析对产物进行初提,再用制备液相色谱进一步分离纯化,并用高效液相色谱-质谱鉴定纯品性质。对该酶法合成糖脂反应体系进行了优化,其中考察了有机溶剂种类、复合溶剂体系中二甲基亚砜(DMSO)体积百分比、酶量、底物摩尔比、水活度和温度等几个影响酯化反应的因素。结果表明:在5mL反应体系中,以叔戊醇/二甲基亚砜(DMSO30%,V/V)为反应介质,添加初始水活度为0.11的全细胞催化剂0.5g,葡萄糖0.5mmol/L,月桂酸1.0mmol/L,60°C下反应72h后,葡萄糖月桂酸单酯的转化率达到48.7%。     

海洋链霉菌酰基辅酶A硫酯酶基因的克隆及分析

酰基辅酶A硫酯酶(ACOT)是催化脂酰辅酶A水解成自由脂肪酸和辅酶A的一类酶,而II型ACOT对底物具有较高的特异性,在脂肪酸合成途径中起着重要的作用,II型ACOT的缺乏或失调会导致机体脂肪酸代谢的紊乱,从而引起一系列疾病。从海洋链霉菌L1基因组DNA中克隆到786碱基的ACOT II基因,生物信息学分析表明其拟编码262个氨基酸,与Acyl-CoA thioesterase II (sequence ID:WP 069742521.1)相似性达到100%。BLAST比对发现,其属于热狗超家族成员,并包含一个II型硫酯酶催化反应的特有结构域。并构建了表达载体pET32a-ACOT II,0.5 mmol/L IPTG诱导目的基因表达,SDS-PAGE显示其分子量约为37.0 kD。通过对链霉菌中II型ACOT基因的研究,可为进一步深入研究II型硫酯酶的分子结构和生物学功能,进而指导药物研发提供参考。     

产酸克雷伯氏菌赖氨酸脱羧酶的异源表达及粗酶性质

赖氨酸脱羧酶,可以催化赖氨酸脱羧生成戊二胺。戊二胺是重要的平台化合物,可以合成新型聚酰胺材料、脂肪族异氰酸酯等新材料。本研究对来自于产酸克雷伯氏菌的赖氨酸脱羧酶进行异源表达。以pUC18质粒为载体,将来源于产酸克雷伯氏菌的赖氨酸脱羧酶基因ldc克隆到大肠杆菌,得到菌株LN18。在添加0.5 mmol/L IPTG的LB培养基中,对LN18进行摇瓶培养,发酵液酶活可达到35 U/g发酵液,从发酵液制备的赖氨酸脱羧酶粗酶蛋白的酶活可以达到30 000 U/g粗蛋白。产酸克雷伯氏菌赖氨酸脱羧粗酶蛋白大小约80 kDa,粗酶的最适温度和pH值分别为55℃和5.5,与文献中报道的大肠杆菌的赖氨酸脱羧酶Cad A在pH 8.0几乎没有酶活不同,产酸克雷伯氏菌的赖氨酸脱羧酶在pH 8.0的酶活达到最优pH下酶活的30%以上。金属离子对酶活有一定的影响,Mg~(2+)对酶活有促进作用,Fe~(2+)、Zn~(2+)、Ca~(2+)有一定的抑制作用。     

两种耐热磷酸化酶的构建及高效催化合成红景天苷

目的:使用表达耐热蔗糖磷酸化酶的大肠杆菌重组工程菌E. coli BL21/pET-Spase和耐热纤维二糖磷酸化酶的大肠杆菌重组工程菌E. coli BL21/pET-Cpase,发酵培养后粗酶液作为催化剂,以价格低廉的蔗糖为原料合成红景天苷。方法:分别构建耐热蔗糖磷酸化酶和耐热纤维二糖磷酸化酶大肠杆菌重组菌,然后将重组菌、蔗糖、酪醇和磷酸混合,得到反应混合物,使反应混合物在45℃下转化,而产生红景天苷。结果:在耐热蔗糖磷酸化酶酶液1200 U/L、耐热纤维二糖磷酸化酶酶液500 U/L、蔗糖110 g/L、酪醇30 g/L和磷酸50 m M的浓度下,反应条件为pH 7.0、温度45℃、转速50转/分、反应时间32小时后,红景天苷浓度达到23.7 g/L。结论:本研究使用蔗糖磷酸化酶和纤维二糖磷酸化酶联合催化的工艺,成功地高收率合成了红景天苷。同时,本研究构建的耐热磷酸化酶酶活高,处理简单,为拓展糖苷类似物的合成提供了一种新的方法。