不同启动子控制下木酮糖激酶的差异表达及其对酿酒酵母木糖代谢的影响

[目的]以不同强度的启动子控制表达木酮糖激酶基因,并研究其引起的不同木酮糖激酶活性水平对木糖利用酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)代谢流向的影响.[方法]以酿酒酵母CEN.PK 113-5D为出发菌株,选择酿酒酵母内源启动子TEF1p,PGK1p和HXK2p,利用Cre-loxP无标记同源重组系统,置换染色体上木酮糖激酶基因XKS1的启动子(XKS1p)序列;并通过附加体质粒引入木糖代谢上游途径,构建不同水平表达木酮糖激酶的木糖利用工程菌株;从木酮糖激酶的转录水平、酶活水平、胞内的ATP浓度及木糖代谢等性状,对各菌株进行评价.[结果]转录及酶活测定结果显示,与天然状态相比,所选择的启动子对木酮糖激酶均表现出更强的启动效率.菌株体内表达木酮糖激酶活性水平由高至低的顺序为其基因XKS1在启动子PGK1p、TEF1p、HXK2p和XKS1p控制下.随着木酮糖激酶的活性的提高,胞内的ATP水平下降,而转化木糖生成乙醇的能力上升.最高乙醇产率为0.35g/g消耗的总糖,此时副产物木糖醇产率最低,为0.18g/g消耗的木糖.[结论]通过在染色体上置换启动子,提高了木酮糖激酶的表达水平.在一定范围内,木酮糖激酶的高活性有利于木糖向乙醇的转化.     

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。     

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。     

在含D-木糖的培养基上利用Petromyces albertensis的生长生产木糖醇

在含D-木糖培养基上培养Petromyces albertensis生产木糖醇和D—木酮糖,用高液相色谱鉴定其发酵产物.从含醋酸铵和酵母膏,初pH7.0的D-木糠培养基内获得了大量的木糖醇.木糖醇的大量产生及其酶相关的产物是在培养10天后进行观察的.D—木糖(100g/L)培养基中增补1%(V/V)甲醇,获得最高木糖醇产量为39.8g/L和D-木酮糖2.8g/L.     

能源上的应用

900841 木糖的同步发酵和异构化[英] 利用凝结芽孢杆菌(Bacillus coagulans)细胞的市售固定化木糖异构酶,通过将蔗糖转化为木酮糖,从而用木糖制备出乙醇。采用嫌气发酵可同步将木酮糖转化乙醇,所用酵母菌株有热带假丝酵母(Candida tropicalis)ATCC 9968、Y-11860和Y-1552、休哈塔假丝酵母(C.     

利用不同启动子控制木糖代谢关键酶基因构建可共代谢葡萄糖木糖重组酿酒酵母

利用不同强度的启动子调控木糖代谢关键酶活性,构建稳定代谢葡萄糖和木糖产乙醇的重组酿酒酵母。以本实验室专利菌株Saccharomyces cerevisiae Y5为宿主菌,将树干毕赤酵母Pichia stipitis CBS6054的木糖还原酶基因XYL1和木糖醇脱氢酶基因XYL2置于磷酸甘油酸激酶基因启动子(PGKp)控制下,酿酒酵母Y5内源的木酮糖激酶基因XKS1分别由己糖激酶基因启动子(HXK2p)及其内源启动子(XKS1p)控制。这3个基因连同各自表达元件导入宿主细胞中,打通其木糖上游代谢途径。酶活测定结果显示,HXK2p对木酮糖激酶表现出更强的启动效率。重组菌Y5-X3-1中木糖还原酶/木糖醇脱氢酶/木酮糖激酶(XR/XDH/XK)的酶活比值为1∶5∶4,其木糖消耗量是宿主菌的5倍,最高乙醇产量为24.35 g/L,达到理论值的73%。结果表明,通过调节XYL1、XYL2及XKS1启动子的强度,调控其表达水平,进而改变3种酶的活性水平,对于提高重组酿酒酵母利用木糖发酵产乙醇有明显效果。     

白地霉的戊糖代谢 Ⅱ.L-阿拉伯糖代谢途径

用在L-阿拉伯糖上培养的白地霉(Geotrichum candidum Link)2.361无细胞提取液进行了L-阿拉伯糖代谢酶体系的研究。查明L-阿拉伯糖代谢的变化途径如下: L-阿拉伯糖+NADPH_2 戊醛糖还原酶L-阿拉伯糖醇+NADP L-阿拉伯糖醇+NAD L-阿拉伯糖醇脱氢酶L-木酮糖+NADH_2 L-木酮糖+NADPH_2 NADP-木糖醇脱氢酶木糖醇+NADP 木糖醇+NAD NAD-木糖醇脱氢酶D-木酮糖+NADH_2 D-木酮糖+ATP D-木酮糖激酶→D-木酮糖-5-磷酸+ADP L-阿拉伯糖醇脱氢酶仅存在于L-阿拉伯糖培养的菌体中,而不存在于木糖培养的菌体中。可见它与木糖醇脱氢酶不是同一个酶。这一点与文献报导的不同,在黄青霉中这两种酶活力被认为是同一种酶的作用。     

木酮糖激酶基因整合表达载体构建及在酿酒酵母中的过表达

【目的】以载体p406ADH1为构建骨架,构建一个酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)工业菌株的整合表达载体。【方法】通过酶切连接的方式,将4个元件片段:作为筛选标记的G418抗性基因KanR,用于基因表达的ADH1终止子片段,酿酒酵母W5自身木酮糖激酶基因,18S rDNA介导的同源整合区,插入到骨架质粒p406ADH1中,得到多拷贝整合表达载体pCXS-RKTr。将该载体线性转化酿酒酵母后,对转化子中木酮糖激酶酶活进行测定,检测其表达情况。【结果】重组质粒在酿酒酵母体内实现了木酮糖激酶的高水平稳定表达,其酶活力是初始菌株的2.87倍。【结论】本实验构建了一个酿酒酵母工业菌株整合表达载体,并用此载体过表达了其自身的木酮糖激酶基因。该重组质粒载体的构建可以有效解决酿酒酵母中自身木酮糖激酶酶活较低的情况,这为利用木糖高产乙醇酿酒酵母基因工程菌株的构建和其它酵母重组质粒载体的构建奠定基础。     

不同宿主来源的重组酿酒酵母混合糖代谢比较

【目的】研究不同工业酿酒酵母宿主背景对重组酵母木糖利用效率的影响。【方法】将木糖利用途径的木糖还原酶(XR)、木糖醇脱氢酶(XDH)和木酮糖激酶(XK)编码基因串联后分别转入3株不同的工业酿酒酵母中,得到重组酵母ZQ1、ZQ5和ZQ7。分别对3个木糖途径代谢基因的表达水平、酶活和重组菌株的木糖发酵效率进行比较。【结果】重组菌株在木糖代谢基因转录、酶活性和木糖利用性能方面有很大差异,其中ZQ5木糖代谢能力最强,ZQ7其次,ZQ1木糖利用能力最弱。ZQ7在初始木糖浓度为20 g/L时木糖利用速率快于ZQ5,表明木糖浓度对重组菌发酵性能评价具有影响。【结论】不同菌株的遗传背景和木糖浓度对重组菌木糖利用的影响很大,评价重组酵母的木糖利用需考虑宿主的遗传背景和底物浓度的影响。     

高效液相色谱法同时测定 保健食品中低聚果糖和低聚木糖

目的建立高效液相色谱法同时测定保健食品中低聚果糖(包括蔗果三糖、蔗果四糖及蔗果五糖)和低聚木糖(包括木二糖、木三糖、木四糖、木五糖、木六糖及木七糖)的含量。方法采用键合有酰胺官能团杂化填料的色谱柱,以乙腈和水为流动相,利用亲水保留色谱机制(HILIC)实现对低聚果糖和低聚木糖各单体的有效分离,结合示差检测以外标法定量。该方法同时利用木糖对低聚木糖各单体转换系数进行定量。结果低聚果糖和低聚木糖各单体线性关系良好,相关系数均大于0.998,平均加标回收率为95%以上,具有较高的准确度和良好的重现性。结论高效液相色谱法由于采用木糖对照品转换定量低聚木糖含量,减少低聚木糖各单体标准品在日常工作中的使用量,进而降低检测成本。该方法经济可靠,测定结果准确,适合于添加有低聚果糖和低聚木糖的功能性产品检测。     

酶法催化甲醛合成木酮糖

木酮糖是生物体内的代谢中间产物,是多种稀有糖合成的前体物质,因其独特的生物活性在膳食、保健、医药等领域发挥着重要作用。本研究旨在从最基本有机原料之一的甲醛出发,利用生物酶法催化甲醛合成木酮糖。通过来源于恶臭假单胞菌Pseudomonas putida的苯甲酸脱羧酶(Benzoylformate decarboxylase)突变体BFD-M3催化甲醛聚合生成羟基乙醛和1,3-二羟基丙酮(DHA)。通过来源于大肠杆菌的转醛醇酶(Transaldolase)突变体Tal B-F178Y进一步催化羟基乙醛和DHA聚合生成木酮糖,最终实现甲醛到木酮糖的酶法转化,转化率为0.4%。此外,经过优化甲醛底物浓度,木酮糖转化率达到4.6%,比优化前提高了11.5倍。为了进一步提高木酮糖的转化率,采用Scaffold多酶组装技术固定BFD-M3、Tal B-F178Y蛋白,使木酮糖转化率达到14.02%,较未用Scaffold技术前提高3倍,为生物法合成稀有糖提供了一种新方案。     

宿主遗传背景对重组酿酒酵母木糖共发酵影响的研究进展

木糖是纤维素原料水解液中最主要的五碳糖成分,由于野生的酿酒酵母缺乏有效的木糖利用途径,将外源木糖代谢途径整合至酿酒酵母中使其具有发酵木糖生产乙醇的能力是构建纤维素乙醇发酵菌株的关键。国内外学者的研究表明,同一木糖代谢途径导入不同酿酒酵母菌株中,所得到的重组菌发酵性能存在明显差异,表明宿主的遗传背景对菌株利用木糖能力和发酵性能具有重要的影响。就酿酒酵母宿主对重组菌株的木糖发酵性能的影响进行了综述,分析了产生宿主差异的内在机理,为进一步选育高效木糖共发酵菌种提供借鉴。     

科技信息与服务

木蔗糖也是一种人工甜味剂日本科学家以果糖和木糖为原料,生产出了木蔗糖甜味剂,而其甜度尚未精确测定。生产这种二糖需要利用β-呋喃果糖酶,此酶是由常现青霉(Penicillium frecquentans)产生的。它不仅能使蔗糖水解成为游离葡萄糖和果糖,而且还能够使一个木糖单体转移到葡萄糖单体的位置上。这些科学家还利用尚未精确鉴定的一种曲霉(Aspergillus)水解酶,以半乳糖苷果糖以及果糖为原料,能够生产出一种三糖。     

一株葡萄糖和木糖共发酵高效产乙醇重组运动发酵单胞菌的性能评价

木糖是木质纤维素原料水解液中的第二大组分,木糖和葡萄糖的充分利用是有经济性地生产纤维素乙醇的关键。通过基因克隆手段构建了一株可以高效利用木糖产乙醇的重组运动发酵单胞菌Zymomonas mobilis TSH01,并进行了利用单糖溶液、混合糖溶液及玉米秸秆水解液发酵产乙醇效率的研究。结果表明,利用单一葡萄糖或单一木糖溶液发酵时,当糖浓度为8%、发酵72 h后,糖利用率分别为100%和98.9%,乙醇代谢收率分别为87.8%和78.3%;利用8%葡萄糖和8%木糖的混合溶液发酵时,72 h后,葡萄糖和木糖的利用率分别为98.5%和97.4%,乙醇代谢收率为94.9%。利用含3.2%葡萄糖和3.5%木糖的玉米秸秆水解液发酵72 h后,葡萄糖和木糖的利用率分别为100%和92.3%,乙醇代谢收率为91.5%。此外,磷酸二氢钾对发酵过程中木糖利用率以及乙醇收率的提高有明显促进作用。     

地衣芽孢杆菌H—1的鉴定及其产木聚糖酶性质的研究

本实验室分离到一株木聚糖酶高产菌,经形态、生理以及生化鉴定,确认为地衣芽孢杆菌,定名为Ｈ－１。对Ｈ－１的胞外木聚糖酶进行初步的研究。从碳源利用方面,认为Ｈ－１的木聚糖酶为组成型合成。木聚糖和纤维二糖对它有诱导作用,而木糖和葡萄糖对酶的产生有阻抑作用。对酶解产物分析表明,有小分子糖产生、但并非都是单糖。Ｈ－１胞外木聚糖酶经６０％硫酸铵沉淀,过ＤＥＡＥ－５０柱,以及超过滤,得到了部分纯化酶。该酶作用的     

酶和发酵工程

<正> 854776 在 D-木糖中生长时各种酵母的木酮糖-5-磷酸盐-磷酸酮糖酶的诱导,木糖代谢的关键[英]/Evans,C.T.…//Arch.Microbiol.-1984,139(1).-48～52[译自 D-BA,1985,4(1),85-00045]测定了25种酵母,包括假丝酵母、汉逊     

建立转酮酶酶活测定方法及应用

摘要：目的 转酮酶是非氧化磷酸化戊糖途径中的关键酶。5-磷酸木酮糖是分析测定转酮酶酶活性的底物,然而因该底物难以化学合成,生产成本高,从而导致厂家停止生产,目前市场上无法得到。因此有必要建立起新的转酮酶酶活测定方法。方法 （1）将酿酒酵母的木酮糖激酶基因（XKS1）克隆于pET30a载体。（2）纯化木酮糖激酶。（3）建立酶偶联反应,以木酮糖为底物,将其转化为5-磷酸木酮糖,用于转酮酶酶活的测定。结果 （1）成功地将XKS1基因克隆于pET 30a得到质粒pXZ-X004。（2）质粒pXZ-X004诱导表达产生C端His-tag标签的XK,用Ni柱分离得到纯化的木酮糖激酶(XK)。（3）纯化的XK活性为21.0 U/mg protein,当用12.5%的甘油保存于?80 ℃环境1个月,仍有74%的活性。（4）用纯化的XK建立了转酮酶（TK）酶活测定新方法,当TK酶活低至0.00875 U时仍能够利用新方法检测。结论 本实验通过克隆和表达XKS1基因,成功地建立了TK酶活性测定的新方法,并应用于木糖代谢工程菌株TK酶活的测定,为医学和生态学领域中TK酶活的分析奠定了基础。     

建立转酮酶酶活测定方法及应用

目的转酮酶是非氧化磷酸化戊糖途径中的关键酶。5-磷酸木酮糖是分析测定转酮酶酶活性的底物,然而因该底物难以化学合成,生产成本高,从而导致厂家停止生产,目前市场上无法得到。因此有必要建立起新的转酮酶酶活测定方法。方法(1)将酿酒酵母的木酮糖激酶基因(XKS1)克隆于pET30a载体。(2)纯化木酮糖激酶。(3)建立酶偶联反应,以木酮糖为底物,将其转化为5-磷酸木酮糖,用于转酮酶酶活的测定。结果 (1)成功地将XKS1基因克隆于pET 30a得到质粒pXZ-X004。(2)质粒pXZ-X004诱导表达产生C端His-tag标签的XK,用Ni柱分离得到纯化的木酮糖激酶(XK)。(3)纯化的XK活性为21.0U/mg protein,当用12.5%的甘油保存于-80℃环境1个月,仍有74%的活性。(4)用纯化的XK建立了转酮酶(TK)酶活测定新方法,当TK酶活低至0.008 75U时仍能够利用新方法检测。结论本实验通过克隆和表达XKS1基因,成功地建立了TK酶活性测定的新方法,并应用于木糖代谢工程菌株TK酶活的测定,为医学和生态学领域中TK酶活的分析奠定了基础。     

真菌分解玉米芯生产低聚木糖的研究

从53种真菌中筛选出3株能分解玉米芯木聚糖并产生低聚木糖的菌株。摇瓶发酵的适当条件为：基质含木聚糖提取物5％,蛋白胨0.1％、尿素0.1%,温度32℃,摇床转速180r／min,培养时间48h,木二糖相对于木聚糖的转化率最高为52．2％;直接用固体玉米芯接种培养所选菌种,加水保温,分解玉米芯中的木聚糖生产低聚木糖,在适宜的条件下木二糖相对于玉米芯的最高转化率为8％。     

木酮糖激酶表达水平对酿酒酵母木糖代谢产物流向的影响

在酿酒酵母中分别引入真菌和细菌的木糖代谢关键酶,木糖还原酶基因XYL1、木糖醇脱氢酶基因XYL2和木糖异构酶基因xylA. 并在此基础上以共转化策略超表达下游关键酶木酮糖激酶基因XKS1. 与亲本菌株相比,用pMA91和YEp24质粒表达XKS1的重组菌株,木酮糖激酶（xylulokinase,XK）活性分别提高了14和6.7倍. 在限氧条件下,重组菌株对木糖和葡萄糖的共发酵结果显示,表达XYL1,XYL2以及XKS1的重组菌株HSXY-251木糖消耗为12.4 g/L,提高了120.9%,乙醇产量达到9.4 g/L,提高了36%,副产物木糖醇产量为0.7 g/L,下降了84.9%.