甘油激酶的表达纯化及在酮糖合成中的应用

研究了大肠杆菌MG1655来源的甘油激酶(GK)的表达及其在酮糖合成中的应用。本研究从大肠杆菌MG1655扩增了甘油激酶的基因片段glpK,连接到表达载体pET-28a上,在大肠杆菌Rosetta(DE3)中进行IPTG诱导表达,利用Ni~(2+)亲和层析柱纯化目的蛋白。利用该甘油激酶可以催化成本较低的底物甘油生成L-3-磷酸甘油,再经过磷酸甘油氧化酶(GPO)的催化生成磷酸二羟基丙酮(DHAP),生成的DHAP可以在不同的DHAP依赖性醛缩酶的催化下与受体D-甘油醛合成酮糖-1-磷酸,最终用酸性磷酸酶脱掉磷酸生成一系列酮糖。结果表明,该酶成功地用于"一釜多酶法"合成体系中,以便宜的底物甘油为前体,合成出包括稀有糖在内的一系列酮糖,生成的产物、产率及比例用TLC、HPLC进行检测。该方法的建立将为其他稀有糖及其衍生物的合成提供理论依据。     

解肝磷脂土地杆菌(Pedobacter heparinus)源唾液酸醛缩酶基因的异源表达及其活性研究

为发掘新型唾液酸醛缩酶,使其在大肠杆菌中得到高效表达,本研究首次从菌株Pedobacter heparinus中克隆疑似编码唾液酸醛缩酶的PhNeuLy3300基因片段,并构建可自主表达异源蛋白的组成型表达载体pRSF-EM5。在此基础上将克隆的目的基因分别导入该pRSF-EM5载体和常用的诱导型载体pET-30a,构建重组质粒pET30a-PhNeuLy3300和pRSF-EM5-PhNeuLy3300,经大肠杆菌表达系统异源表达目的蛋白,并进一步对两种重组蛋白酶进行电泳分析和活性研究。结果表明:编码唾液酸醛缩酶的基因片段全长为945 bp,共编码314个氨基酸残基;聚丙烯酰胺凝胶电泳显示两种重组蛋白表观分子量约为36.4 kDa,纯化后的pET30a-PhNeuLy3300重组蛋白浓度为3.29 mg/mL,证明经异源表达获得了两种重组目的蛋白酶;活性研究显示两种重组唾液酸醛缩酶均能在1 h内催化N-乙酰神经氨酸生成N-乙酰甘露糖胺,证明两种重组蛋白酶均具有较高的活性。     

重组L-苏氨酸醛缩酶催化合成L-4-硝基苯基丝氨酸

利用pGEX-KG载体在大肠杆菌BL21(DE3)中重组表达了L-苏氨酸醛缩酶,以4-硝基苯甲醛、甘氨酸为底物酶法合成了L-4-硝基苯基丝氨酸,考察了反应温度、pH、底物摩尔比和甘氨酸浓度对酶活的影响。最佳转化条件为：反应温度45℃,pH=8.0,甘氨酸与4-硝基苯甲醛底物摩尔比5:1,底物甘氨酸最适浓度为500 mmol/L;0.1 g湿细胞菌体在10 mL反应体系中在最佳反应条件下反应24 h,底物4-硝基苯甲醛转化率为43%,产物L-4-硝基苯基丝氨酸达到9.72g/L,总收率为35%。     

桃仁醇腈酶促不对称合成含硅(R)-酮氰醇

采用气相色谱手性分析,研究桃仁(R)-醇腈酶催化2-三甲基硅-2-乙酮与丙酮氰醇,在水和有机溶剂双相中不对称合成(R)-2-三甲基硅-2-羟基-丙腈.分析酶添加量、底物浓度、有机溶剂、两相体积比、水相pH值、反应温度及底物结构对桃仁醇腈酶促反应的影响.结果表明,桃仁醇腈酶催化2-三甲基硅-2-乙酮与丙酮氰醇不对称合成的优化反应条件为酶添加量0.6 g左右,底物2-三甲基硅-2-乙酮浓度14 mmol/L,有机溶剂为异丙醚,水相与有机相体积比1.5:10,水相pH=5.0,反应温度30 ℃.在优化反应条件下,反应转化率和产物的对映体过剩值均达99%以上.为探讨底物中硅原子对桃仁醇腈酶促不对称合成的影响,对比研究了桃仁醇腈酶催化碳结构类似物3,3-二甲基-2-丁酮的不对称转化.发现底物2-三甲基硅-2-乙酮中的硅原子对桃仁醇腈酶催化反应有重要影响,桃仁醇腈酶催化2-三甲基硅-2-乙酮反应在底物转化率和产物光学纯度等方面均显著优于其碳结构类似物3,3-二甲基-2-丁酮的相应值.     

基于Staphylococcus carnosus来源的D-果糖-1,6-二磷酸醛缩酶在大肠杆菌合成稀有酮糖的研究

将Staphylococcus carnosus来源的Fru AS.car醛缩酶基因fda和大肠杆菌来源的Yqa B磷酸酶基因yqa B分别插入到表达质粒CDFDuet-1得到重组质粒CDF-fda-yqa B,并转化该重组质粒到大肠杆菌BL21Star(DE3)。以同时过量表达Fru AS.car醛缩酶和Yqa B磷酸酶的大肠杆菌BL21Star(DE3)/CDFDuet-1-fda-yqa B作为发酵菌株,以葡萄糖为碳源通过糖酵解途径在胞内生成供体磷酸二羟基丙酮,分别在培养基中添加丙醛、丁醛为受体,进行相应稀有酮糖的合成,从而成功地将羟醛缩合反应在大肠杆菌中实现,酮糖产物用HPLC检测并进行纯化和1H NMR鉴定。最后,以13C同位素全标记的葡萄糖为碳源,添加丙醛为受体进行了同位素标记实验,证实了产物从DHAP而来的3个碳原子最终来自葡萄糖。     

三酶偶联全细胞生物合成L-酪氨酸

通过将醛缩酶(ALD)、D-丝氨酸脱水酶(SDH)和酪氨酸酚裂解酶(TPL)三酶偶联,催化甘氨酸、甲醛和苯酚合成L-酪氨酸(L-Tyr)。并以L-Tyr的质量浓度为指标对转化工艺进行了考察。结果表明:三酶偶联最佳反应条件为pH=8.5、温度35℃、乙酸铵质量分数6 g/L、磷酸吡哆醛(PLP)质量浓度0.1 g/L、3种酶细胞配比m(ALD)∶m(SDH)∶m(TPL)=6∶3∶5。当甘氨酸加量为50 g/L,利用上述工艺进行10000 L放大,反应11 h,L-Tyr质量浓度可达117 g/L,苯酚转化率为97%,转化体系放大后苯酚转化率提高4%,收率为85%。     

N-乙酰-D-神经氨酸的酶法合成

目的由重组菌E．coli DH5 α／pRY3发酵产生井被亲和载体固定的Neu5Ac醛缩酶,可用于N-乙酰甘露糖胺（ManNAc）和丙酮酸钠（Pyr）为底物的Neu5Ac之酶法合成。方法以含ManNAc 469．5mg,Pyr 385．6mg的3．2ml水溶液为底物,在N-乙酰-D-神经氨酸醛缩酶固定化酶的催化下合成N-乙酰-D-神经氨酸。结果合成效率为78．3％,结晶回收率为90．2％,总回收率为70．6％。全波长扫描分析表明Sigma公司商品和本实验室结晶品的全波长扫描图谱有相同的特征。结论结晶品的HPLC分析表明,其纯度优于Sigma公司同类产品。     

全细胞催化甘油生物合成L-果糖体系的构建

L-果糖是一种重要的稀少糖,广泛应用于食品、医药和化学合成等领域。通过构建E型马肝乙醇脱氢酶和NADH氧化酶重组大肠杆菌,再偶联醛缩酶重组大肠杆菌催化甘油合成L-果糖。对表达E型马肝乙醇脱氢酶和NADH氧化酶的菌株进行诱导条件的优化,诱导温度20℃,诱导时间16 h,异丙基-β-D-硫代半乳糖苷添加浓度0.05 mmol/L。通过单因素实验研究温度、pH值、湿细胞量、甘油浓度对合成L-果糖的影响,利用正交试验进行优化,优化条件为:温度40℃,pH值为9.0,湿细胞质量浓度为25g/L,甘油浓度为500 mmol/L。在优化条件下得到L-果糖2.67g/L。采用全细胞转化方法以廉价的甘油为原料生产L-果糖,不仅省去了繁琐的酶纯化步骤,无须添加辅因子,而且生产成本低廉,期望为L-果糖产品绿色生产及现有技术改造提供理论参考。     

发酵液中FDP的酶法分析

利用三种酶.即3-磷酸甘油脱氢酶、磷酸丙糖异构酶和醛缩酶,通过测定还原性辅酶1吸光值的变化来测定发酵液中FDP(1,6-二磷酸果糖)的含量。同时研究了pH、温度、pH对酶法测定结果的影响及最佳酶的加量。对FDP标准曲线进行了统计处理,结果表明:采用酶法测定FDP,其线性关系好.专一性强。对样品的重复测定表明,其相对测定相对偏差下超过0.6%,回收率101