灵芝UDP-葡萄糖4-差向异构酶酶学性质研究及其应用

【背景】灵芝多糖是灵芝的重要活性物质之一。UDP-葡萄糖4-差向异构酶（UDP-glucose 4-epimerase,UGE,EC 5.1.3.2）是灵芝多糖合成途径中糖供体生成的重要酶,其参与了UDP-葡萄糖与UDP-半乳糖的相互转化,与多糖中半乳糖残基含量密切相关。【目的】通过对来源于灵芝的UGE基因进行异源表达,丰富灵芝多糖糖供体合成途径重要酶的酶学特性信息,深入了解灵芝多糖代谢合成途径。【方法】以灵芝菌株（Ganoderma lingzhi） CGMCC 5.26的cDNA为模板,克隆得到UGE基因GL30389,并在Escherichia coli BL21（DE3）中诱导表达,产物纯化后进行酶学性质、酶动力学、底物专一性及转化率的研究。【结果】灵芝UGE的分子量为45 kDa。最适反应pH值为6.0,在pH 7.0—9.0范围内有较好的稳定性;最适反应温度为30℃,温度在40℃时稳定性最好。Fe²⁺和Mg²⁺对UGE有激活作用。以UDP-葡萄糖为底物时,K_m为0.824 mmol/L,V_max为769.230 μmol/（L·min）,k_cat为1.333 s^—1,k_cat/K_m为1.618 L/（mmol·s）。灵芝UGE对D-葡萄糖、半乳糖醛酸及N-乙酰葡萄糖胺有催化活性。通过优化pH、温度、底物与酶的配比、添加金属离子将转化率从16.0%提升至39.4%。【结论】灵芝UGE与植物来源的UGE酶学性质较为相似,其催化效率优于大部分细菌来源的UGE。本研究丰富了灵芝多糖糖供体合成途径重要酶的酶学特性信息,有利于深入了解灵芝多糖代谢合成途径。     

链霉菌来源的UDP-葡萄糖-4-差向异构酶基因的克隆表达及酶性质研究

经同源性比较,链霉菌139(Streptomycessp.139)产生胞外多糖依博素的生物合成基因簇中ste19基因编码的蛋白Ste19与UDP_葡萄糖_4_差向异构酶有较高同源性。将ste19基因克隆至质粒pET30a,在大肠杆菌BL21(DE3)中进行了异源表达。产生的可溶性Ste19重组蛋白,占细胞总蛋白的26%,说明该基因高GC含量(73.8%)及第三位碱基偏向使用GC(96.2%)并未影响其高效表达。SDS_PAGE结果显示重组蛋白的分子量约37kD,与理论推测值基本相同。经亲和层析纯化后得到了较高纯度的重组蛋白,经HPLC分析纯度为92.9%。酶活性分析表明:Ste19蛋白可将UDP_葡萄糖转化为UDP_半乳糖,因此,Ste19蛋白是UDP_葡萄糖_4_差向异构酶,它可能参与了依博素的生物合成。     

烟曲霉β-葡萄糖苷酶的基因克隆、表达及酶学性质分析

探索获得优良的β-葡萄糖苷酶基因,对实现其工业化生产具有重要意义。烟曲霉Aspergillus fumigatus基因组中含有一个bgl基因(1 752 bp),编码的蛋白约65 kDa,推测为属于糖苷水解酶家族的β-葡萄糖苷酶。将bgl基因克隆并构建了重组表达载体pGEX-bgl,转化大肠杆菌Escherichia coli BL21(DE3),经IPTG诱导获得表达。重组蛋白经亲和层析纯化后,以七叶苷为底物进行了酶学分析,结果表明该酶的最适温度是45℃,最适pH在5.5~6.0之间,对七叶苷的Km值为17.7 mmol/L。该酶在pH 4~7范围内稳定;70℃保温2 h后仍能保持60%的活性。金属离子和化学试剂对酶活性有不同程度的影响,Ca2+对重组酶有轻微的激活作用,而SDS可强烈抑制其活性。由于其相对于真菌来源的其他葡萄糖苷酶稳定性较高,为进一步的研究与应用奠定了基础。     

几丁质酶基因的克隆表达及酶学性质

【背景】几丁质是自然界中储藏量仅次于纤维素的有机物,几丁质酶能降解几丁质生成几丁寡糖,实现废弃物的高值化利用,目前菌株产几丁质酶能力低限制了它的生产应用。【目的】克隆弧菌(Vibrio sp.)GR52的几丁质酶基因,实现其在大肠杆菌中的异源表达,对分离纯化的重组几丁质酶进行酶学性质研究。【方法】以弧菌GR52菌株基因组DNA为模板,克隆得到几丁质酶基因GR52-1,构建重组基因工程菌BL21(DE3)/p ET22b-chi GR52-1,诱导表达的产物通过Ni-NTA树脂纯化后进行酶学性质研究。【结果】重组酶的最适反应pH为6.0,在pH5.0-10.0范围内37°C保温1 h仍能保持85%以上的相对酶活力,具有较好的pH稳定性;最适反应温度为50°C,在45°C保温1 h其酶活力基本没有损失,在50°C保温1 h其残余酶活力仍达60%;在1 mmol/L浓度下,Cu~(2+)、Ca2+对该酶具有促进作用,Hg+对该酶具有明显的抑制作用;在5 mmol/L浓度下,Ni+对该酶具有一定的促进作用,Mn~(2+)、Co~(2+)、Li~+、Fe~(2+)、Hg~+、SDS(十二烷基硫酸钠)对该酶具有明显的抑制作用。以胶体几丁质为底物时,动力学参数Km、Vmax、kcat分别为0.85 mg/m L、0.19μmol/(m L·min)和7.02 s-1。底物特异性分析表明该重组酶能特异性降解几丁质。【结论】重组几丁质酶具有良好的酶学性质,为几丁质酶的开发应用奠定基础。     

菊粉酶基因的异源表达、分离纯化及酶学性质

为进一步提高菊粉酶在生物技术领域的应用,研究了来源于马克斯克鲁维酵母Kluyveromyces marxianus YX01的菊粉酶性质。通过在毕赤酵母GS115宿主细胞中异源表达该菊粉酶基因(inu),获得了一种外切型菊粉酶,经聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)验证其分子量为86.0 k Da。进一步在该菊粉酶上增加6个His标签,采用聚乙二醇(PEG)20 000透析浓缩和Ni-NTA Agarose静态亲和吸附作用的方法,完成菊粉酶的分离纯化,纯化倍数和酶回收率分别为3.6和33.1%。比较发现粗酶液与纯酶的酶学性质相似,且菊粉酶的最适反应温度为60℃,最适p H值为4.62,并测得该酶的Km和Vmax值,以菊粉为底物时,Km和Vmax值分别为80.53 g/L和4.49 g/(L·min);以蔗糖底物时,Km和Vmax值分别为183.10 g/L和20.20 g/(L·min)。金属离子Mn2+、Ca2+、Cu2+、Zn2+和Fe2+对酶活力具有不同程度的抑制作用,其中Cu2+、Zn2+和Fe2+的抑制作用最为显著。这些研究为进一步提高菊粉酶在工业化的应用奠定了基础。     

产酸克雷伯氏菌M5al普鲁兰酶的异源表达及酶学性质研究

普鲁兰酶(EC 3.2.1.41)是一类淀粉脱支酶,能够特异性水解淀粉中的α-1,6-糖苷键,从而提高淀粉的利用率,在以淀粉为原料的食品、纺织、生物燃料和洗涤剂等行业中具有重要的应用价值。本研究以产酸克雷伯氏菌Klebsiella oxytoca M5al基因组DNA为模板,将PCR扩增得到的普鲁兰酶基因pul A克隆至表达载体p ET28a(+),构建好的重组质粒转化大肠杆菌Escherichia coli BL21(DE3),在培养基中添加0.5 mmol/L异丙基硫代半乳糖苷(IPTG)的条件下对该酶基因进行诱导表达,经镍柱纯化获得重组普鲁兰酶用于酶学性质研究。SDS-PAGE及Western Blot检测显示普鲁兰酶基因pul A在上述大肠杆菌宿主中成功获得了表达。该重组酶最适反应p H5.5,最适温度60℃。金属离子对酶活性有一定影响。Mn2+对酶活促进作用显著;Fe3+、Mg2+、Fe2+对酶活只有微弱的促进作用,而Cu2+对酶活造成强烈抑制。来源于Klebsiella oxytoca M5al的普鲁兰酶最适催化条件符合工业生产中淀粉糖化工艺的要求,具有应用于淀粉工业的潜力。     

芽孢杆菌α-淀粉酶基因的克隆、表达和酶学性质分析

在仔猪结肠内容物中分离出一株能利用淀粉的芽孢杆菌Bacillussp.WS06,构建了全基因组DNA文库,从中筛选出α_淀粉酶基因amyF,分析测定了其核苷酸序列并进行了表达;其中amyF编码的蛋白有526个氨基酸、分子量为58.6kD;它与已报道的Bacillusmegaterium的α_淀粉酶序列有93%的同源性。经过氨基酸序列比较分析还发现,AmyF含有淀粉酶家族中4个高度保守的酶催化活性区。经多步纯化,重组酶的比活共提高了22.2倍,获得凝胶电泳均一的蛋白样品;经SDS_PAGE检测,AmyF酶分子量为57kD。该酶的最适反应温度为55℃～60℃,酶的最适反应pH为7.0,在温度不超过55℃时,酶活较稳定;AmyF能迅速降解淀粉生成麦芽寡糖,属于内切糖苷酶。     

非对称二甲基精氨酸水解酶的表达纯化及其酶学性质的研究

非对称二甲基精氨酸水解酶(dimethylarginine Dimethylaminohydrolase,DDAH)是酶学循环法检测早期急性心肌梗塞(acute myocardial infarction,AMI)的生物标记物——非对称二甲基精氨酸(asymmetric dimethylarginine,ADMA)的重要工具酶.为获得高活性DDAH,从绿脓杆菌的基因组中扩增目的基因,构建高效表达DDAH的重组菌E.coli BL 21(pET-28a-DDAH).该菌的可溶性DDAH表达量达100mg/L,经超声破碎后的上清液通过镍柱纯化,可获得纯度达到95％以上的重组DDAH.Q柱的精制可提高它的稳定性,使其能够在常温下长期保持酶活.该重组酶的单位酶活,Km值和Vmax分别为0.5U/mg,3.04 mM和8.07mM/h.最适反应温度和pH分别为35℃和pH =6,在10℃～40℃和pH5.0～ pH9.0的范围内稳定.该重组酶可形成多聚体,但并不影响酶活.最后,利用发酵罐扩大生产规模,有望进行克级生产,为新型ADMA检测试剂盒的开发和药物筛选模型提供材料基础.     

昆虫来源的几丁质酶的分离纯化及酶学性质

几丁质酶在真菌和昆虫的生理和发育过程中起着关键作用,该酶本身及其酶抑制剂是获取生物农药的重要途径。本研究从蚕蛹体内提取几丁质粗酶,经硫酸铵分级沉淀和Sephadex G-150分离得到几丁质酶。用SDS-PAGE测得该酶的分子量为88kDa。水解胶体几丁质的Km值为22.3μmol/L。酶反应的最适温度为45℃,最适pH值为6.0,金属离子和有机试剂对几丁质酶活性都有影响,其中高浓度的Mn2+对酶有较强的激活作用,而Cu2+、SDS则有较强的抑制作用。研究结果为基于几丁质酶的生物农药筛选研究奠定了基础。     

全合成3α-羟类固醇脱氢酶基因密码子优化及酶性质研究

以NCBI报道的Comamonas testosteroni ATCC11996中3α-羟类固醇脱氢酶基因(3α-hydroxysteroid dehydrogenase gene,3α-hsd,AF092031.2)为模板,通过改变碱基序列但不影响酶的氨基酸序列,将该基因相对于大肠杆菌的密码子适用指数由0.78提高到0.87,GC含量由原来的63.17降低到56.46,大幅度减少了GC簇及寡聚A和T局域的存在,提高3α—hsd的可表达性。全合成基因定向克隆到pET28a载体中,并转化至大肠杆菌B121(DE3)中表达。采用乳糖诱导后,SDS—PAGE检测在约27 kD处有一高效表达的蛋白条带。采用Ni螯合柱分离纯化3α-HSD,获得了较高纯度及较高的产率。酶学性质初步分析表明,全基因合成表达的3α-HSD的性质与原始的3α-HSD基本相同。     

谷氨酸棒杆菌YILW苏氨酸脱水酶基因的克隆表达及酶学性质

将L-异亮氨酸生产菌谷氨酸棒杆菌(Corynebacterium glutamicum YILW)苏氨酸脱水酶(threonine de-hydratase,TD)的编码基因ilvA在大肠杆菌中进行异源表达及进行初步的酶学性质研究。分别以C.glutamicum ATCC13032、YILW的基因组DNA为模板,利用PCR技术扩增出苏氨酸脱水酶的编码基因ilvA,测序获得编码序列。利用质粒PET-His将该基因在大肠杆菌BL21(DE3)中进行重组表达、金属螯合纯化,对其酶学性质进行初步研究。结果显示C.glutamicum YILW编码基因序列与已报道的ilvA序列相差5个碱基,相似度为99.6%,第383位氨基酸由苯丙氨酸突变为缬氨酸。酶学性质研究表明:重组酶YilwTD最适反应温度为32℃,在20~55℃范围内该酶较稳定,最适pH为6.7,该酶底物专一性强,对最适底物苏氨酸的米氏常数Km=8.32 mmol/L,最大反应速度Vmax=3.18×104U/mg,与野生型酶相比,突变(F383V)后可显著降低终产物对酶的反馈抑制作用。为揭示突变对苏氨酸脱水酶活性的影响及进一步利用基因工程技术改造L-异亮氨酸生产菌,提高L-异亮氨酸产量奠定了基础。     

猴头菌水溶性多糖的分离纯化与结构表征

从猴头菌子实体中分离得到一种新型的水溶性杂多糖HEPF2,分子量大小为1.66′104Da,该多糖由岩藻糖、半乳糖和葡萄糖以1.00:3.69:5.42比例构成,同时也含有微量的3-O-甲基鼠李糖。进一步利用傅立叶变换红外光谱法、糖组成分析、甲基化分析、部分酸水解法和核磁共振法等方法进行结构鉴定,检测结果表明,该杂多糖中包含1→4、1→6结合的葡萄糖和1→6结合的半乳糖残基,连接于主链的侧链残基,包括岩藻糖残基、少数的端基葡萄糖和半乳糖残基。核磁共振法检测结果还表明,1→4结合葡萄糖为β构型,(1→6)结合半乳糖、(1→2,6)结合半乳糖和端基葡萄糖均为α构型。     

发酵乳杆菌多铜氧化酶的异源表达及酶学性质

生物胺是一种存在于发酵食品中的含氮小分子有机化合物,过量摄入可能引起过敏或其他不良反应。利用酶法降解是减少发酵食品中生物胺含量从而保障食品安全的有效方法之一。文中成功克隆了来源于发酵乳杆菌的多铜氧化酶基因,在大肠杆菌中表达的酶活水平为484 U/L。通过镍柱亲和层析方法获得了此多铜氧化酶的纯酶。该多铜氧化酶的最适反应温度为50℃,最适反应pH为3.5,其K_m为1.3 mmol/L,V_(max)为7.67×10~(-2) mmol/(L·min)。对酶的应用特性研究表明,来源于发酵乳杆菌的多铜氧化酶对18%(W/F)NaCl有一定的耐受性,并可降解包括色胺、苯乙胺、腐胺、尸胺、组胺、酪胺和亚精胺在内的7种生物胺。其中它对组胺和酪胺的降解能力最高,分别为51.6%和40.9%。此外,该酶对酱油中的生物胺也有普遍降解作用,使用较低酶量(500 U/L)时,对酱油中总胺的降解率达到10.6%。多铜氧化酶具备降解发酵食品中生物胺的潜力,为进一步实现这类食品酶的实际应用奠定基础。     

非洲绿猴层黏连蛋白受体的克隆、表达及纯化

目的:克隆、表达非洲绿猴层黏连蛋白受体(LR),对该受体蛋白进行纯化、复性研究。方法:采用RT-PCR从Vero-E6细胞总RNA中扩增非洲绿猴LR的cDNA序列,克隆到pGEM-TEasy载体上;将LR编码区插入到表达载体pET22b( ),转化大肠杆菌BL21(DE3);用IPTG进行诱导表达;用镍亲和柱进行亲和纯化;采用分部透析方法进行复性。结果:非洲绿猴LR基因序列与人LR的基因编码序列有16个碱基差异,但蛋白序列只有1个氨基酸的改变。LR蛋白以包涵体形式表达。采用分部透析方法可使部分蛋白得到复性。结论:克隆了首个非洲绿猴的相对分子质量为37000的LR的基因,与人LR基因序列有16个碱基差异,但其中15处都为同义突变,所以二者的蛋白质序列只有1个氨基酸改变,即293位D→E,提示LR在进化中具有很大的保守性。     

苏云金芽孢杆菌B-Pr-88菌株中cry2Ab4基因的表达和杀虫活性研究

以我室自行分离的对鳞翅目夜蛾科害虫具有高毒力的Bt菌株B-Pr-88为材料,用PCR-RFLP方法从其质粒DNA文库中筛选到含cry2Ab基因的一个阳性克隆pZF858,序列测定发现,该片段含有cry2Ab全长基因,开放读码框为1902bps,编码由633个氨基酸组成的70.7kD蛋白,氨基酸同源性与已公布的cry2Ab基因同源性均为99.8%,经Bt基因国际命名委员会正式命名为cry2Ab4。根据cry2Ab4基因开放阅读框架(ORF)两端序列,设计合成一对特异引物L2ab5和L2ab3,PCR扩增获得cry2Ab4完整ORF,与大肠杆菌表达载体pET-21b连接,构建了重组表达质粒pET-2Ab4,质粒导入大肠杆菌BL21(DE3),IPTG诱导后,SDS-PAGE电泳证实该基因表达了60kD的蛋白,生物测定表明,Cry2Ab4对棉铃虫和大豆食心虫具有高毒力,同时对小菜蛾和二化螟有一定的杀虫活性,而对亚洲玉米螟和甜菜夜蛾没有杀虫活性。     

条形柄锈菌小麦专化型脂肪酶基因PsLIP1的酶学性质分析

脂肪作为条形柄锈菌小麦专化型夏孢子萌发及侵染初期的主要营养物质,酶解产物通过乙醛酸循环转化为糖类成分供病菌生长发育所需。脂肪酶是脂肪代谢的关键酶。基于已测序的基因组序列,利用RT-PCR方法克隆了该病菌脂肪酶基因PsLIP1序列（1 302bp）,编码433个氨基酸的蛋白。在毕赤酵母细胞（GS115）中成功表达PsLIP1后,酶学活性分析显示其最适pH为8.0,最适温度为60℃,此外,发现Zn²⁺、Cu²⁺和Ca²⁺对脂肪酶PsLIP1活力有一定激活作用,Fe²⁺、Mn²⁺则对酶活力有抑制作用。研究结果为进一步解析脂肪酶作用机理奠定基础,同时也为从能量代谢角度制定小麦条锈病防控策略提供理论依据。