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在天然产物糖基化修饰中的应用

环糊精葡萄糖基转移酶(cyclodextrin glucosyltransferase,CGTase)是一种可催化淀粉或多糖中α-1,4键断裂并环化形成环糊精(cyclodextrins,CDs)的α-淀粉酶.CGTase在工业上主要用于制造环糊精,近年来利用其转糖基作用改造天然产物的性质取得了令人瞩目的研究进展,正成...     

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。     

环糊精葡萄糖基转移酶钙离子结合位点结构与功能分析

通过多重序列比对和晶体结构分析发现,钙离子结合位点CaⅠ和CaⅡ普遍存在于环糊精葡萄糖基转移酶(CGT酶)中,且两个位点处氨基酸残基具有较高的保守性,而钙离子结合位点CaⅢ仅存在于少数CGT酶中．此外,研究发现,钙离子结合位点可能与CGT酶的环化活力、热稳定性和产物特异性密切相关．     

环糊精葡萄糖基转移酶高效异源表达研究进展

环糊精葡萄糖基转移酶(cyclodextringlycosyltransferase,CGTase)酶法合成环糊精是目前生产环糊精的主要方法。本文介绍了用于生产环糊精葡萄糖基转移酶的几种工程菌株:大肠杆菌、枯草芽孢杆菌以及毕赤酵母,其中大肠杆菌是目前应用最广泛的用于表达CGTase的表达系统。除此之外,本文还总结了高效表达环糊精葡萄糖基转移酶的有效策略:选择合适的表达载体、启动子以及信号肽,以及密码子优化和分子伴侣共表达,以期为在相关CGTase研究领域开展研究提供参考。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

Engineering of Hydrolysis Reaction Specificity in the Transglycosylase Cyclodextrin Glycosyltransferase

Abstract

Cyclodextrin glycosyltransferase (CGTase) is a member of the α-amylase family, a large group of enzymes that act on α-glycosidic bonds in starch and related compounds. Over twenty different reaction and product specificities have been found in this family. Although three-dimensional structure elucidation and the biochemical characterization of site-directed mutants have yielded a detailed insight into the mechanism of bond cleavage, the variation in reaction and product specificity is far from understood. This article gives an overview of recent developments in the undersanding and engineering of transglycosylation and hydrolysis specificity in CGTase, which is one of the best-studied α-amylase family enzymes.     

Synthesis of Malto-Oligosaccharides Via the Acceptor Reaction Catalyzed by Cyclodextrin Glycosyltransferases

The disproportionation activity (intermolecular transglycosylation) of cyclomaltodextrin glycosyltransferases (CGTases) from Thermoanaerobacter sp. and Bacillus circulans strain 251 was studied. Using soluble starch as donor, the CGTase from Thermoanaerobacter sp. showed the highest transglycosylation activity with all the malto-oligosaccharides tested as acceptors. At ratios of starch: D-glucose from 2:1 to 1:2 (w/w), the formation of cyclodextrins was completely inhibited, and a homologous series of malto-oligosaccharides (G_n) was produced. The conversion of starch into acceptor products was in the range of 63-79% in 48 h. The degree of polymerisation of malto-oligosaccharides formed could be modulated by the ratio of starch: D-glucose provided; at a ratio of 1:2 (w/w), the reaction was quite selective for the formation of G2-G3.     

苦荞类黄酮糖基转移酶FtUFGT1的重组表达与酶学性质分析

黄酮类化合物是苦荞重要的功能性成分,其糖基化修饰可改变生物体内黄酮类化合物的稳定性、可溶性及生物活性。该研究基于苦荞转录组数据并以苦荞叶片中提取的总RNA为材料,利用RT PCR克隆了苦荞类黄酮糖基转移酶(UDP glycose:flavonoidglycosyltransferase,UFGT)基因FtUFGT1,采用无缝克隆方式构建其重组表达载体并转化大肠杆菌Rosetta(DE3)感受态,采用GST resin纯化重组表达的蛋白,采用高效液相色谱(HPLC)技术检测分析纯化后FtUFGT1的酶学性质。结果表明：(1)成功克隆的FtUFGT1编码区为1 413 bp,其编码470个氨基酸,并成功构建了FtUFGT1的重组表达载体pGEX 6p 1 FtUFGT1。(2)经转化苦荞FtUFGT1基因在大肠杆菌Rosetta(DE3)中得到可溶性的表达,并通过GST亲和层析纯化得到高纯度的苦荞FtUFGT1蛋白。(3)HPLC分析显示,以槲皮素为底物,苦荞FtUFGT1可催化异槲皮素的合成,比活力为9.174 U/mg;重组FtUFGT1的最适温度为30 ℃,最适pH为7.0,5%(V/V)的甲醇和0.5%(V/V)的Triton X 100可以显著抑制其活性。研究结果为深入揭示FtUFGT1的生物学功能及体外催化黄酮类衍生物的合成奠定了基础。     

Substrate complexation and aggregation influence the cyclodextrin glycosyltransferase (CGTase) catalyzed synthesis of alkyl glycosides

Bacillus macerans cyclodextrin glycosyltransferase (CGTase) was used to convert dodecyl-β-maltoside (DDM) to dodecyl-β-maltooctaoside (DDMO) using α-cyclodextrin (α-CD) or starch as glycosyl donors. At 300 mM α-CD, varied DDM concentration and 60 °C, the reaction obeyed Michaelis-Menten kinetics with a K_m value of 18 mM and a V_max value of 100 U/mg enzyme. However, at 25 mM α-CD the reaction rate decreased with increasing DDM concentration (5-50 mM), and when the α-CD concentration was varied at fixed DDM concentration an S shaped curve was obtained. The deviations from Michaelis-Menten kinetics were interpreted as being caused by formation of inclusion complexes between α-CD and DDM and by micellation of DDM. To achieve a high reaction rate, a high concentration of free α-CD is necessary, since α-CD in the form of a complex has low reactivity. When starch is used as glycosyl donor in the CGTase catalyzed alkyl glycoside elongation reaction, it is thus important to choose reaction conditions under which the cyclization of starch to α-CD is efficient.     

丁型肝炎病毒核酶的结构特点与催化作用机制

丁型肝炎病毒(HDV)核酶是小核酶的一种,在分子结构和作用机制等方面都有许多不同于其它核酶的特性。以其晶体结构的揭示为基础,近几年对其立体构型及催化机制方面的研究取得了很大进展,尤其是发现HDV核酶的胞嘧啶侧链在生理条件下能发挥一般酸碱催化作用(generalacidbasecatalysis),引起了极大关注。对HDV核酶结构和催化机制的研究,将使核酶被有目的地改造,并极大地推动它在应用方面的研究。     

常见致病菌糖基转移酶的结构与功能

糖基转移酶(glycosyltransferases,GTs)将糖基从活化的供体转移到糖、脂、蛋白质和核酸等受体,其参与的蛋白质糖基化是最重要的翻译后修饰(post-translational modifications,PTMs)之一。近年来越来越多的研究证明,糖基转移酶与致病菌毒力密切相关,在致病菌的黏附、免疫逃逸和定殖等生物学过程中发挥关键作用。目前,已鉴定的糖基转移酶根据其蛋白质三维结构特征分为3种类型GT-A、GT-B和GT-C,其中常见的是GT-A和GT-B型。在致病菌中发挥黏附功能的糖基转移酶,在结构上属于GT-B或GT-C型,对致病菌表面蛋白质(黏附蛋白、自转运蛋白等)进行糖基化修饰,在致病菌黏附、生物被膜的形成和毒力机制发挥具有重要作用。糖基转移酶不仅参与致病菌黏附这一感染初始过程,其中属于GT-A型的一类致病菌糖基转移酶会进入宿主细胞,通过糖基化宿主蛋白质影响宿主信号传导、蛋白翻译和免疫应答等生物学功能。本文就常见致病菌糖基转移酶的结构及其糖基化在致病机制中的作用进行综述,着重介绍了特异性糖基化高分子量(high-molecular-weight,HMW)黏附蛋白的糖基转移酶、针对富丝氨酸重复蛋白(serine-rich repeat proteins,SRRP)糖基化修饰的糖基转移酶、细菌自转运蛋白庚糖基转移酶(bacterial autotransporter heptosyltransferase,BAHT)家族、N-糖基化蛋白质系统和进入宿主细胞发挥毒力作用的大型梭菌细胞毒素、军团菌(Legionella)葡萄糖基转移酶以及肠杆菌科的效应子NleB。为揭示致病菌中糖基转移酶致病机制的系统性研究提供参考,为未来致病菌的诊断、药物设计研发以及疫苗开发等提供科学依据和思路。