极端嗜热酸性α-淀粉酶PFA在枯草芽孢杆菌中的高效分泌表达

为探索极端嗜热酸性α-淀粉酶PFA在枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis WB600）中的高效分泌表达条件,对来源于枯草芽孢杆菌的9?种Sec分泌途径信号肽进行筛选,结果显示信号肽YfkN的引导分泌效率最高。在此基础上,为进一步优化PFA的分泌表达,对信号肽YfkN的Ile3和Gln4进行饱和突变,并比较不同突变体的引导分泌效率。结果表明突变体I3G/Q4R的引导分泌效率最高,重组枯草芽孢杆菌的胞外α-淀粉酶活力高达715?U/mL。重组α-淀粉酶PFA的最适反应pH值为5.0,最适反应温度为100?℃,于100?℃的半衰期长达13?h,并且不依赖于Ca2＋。结果表明,采用信号肽I3G/Q4R,极端嗜热酸性α-淀粉酶PFA能够在枯草芽孢杆菌中高效分泌表达,这有利于其在淀粉液化工艺中的应用。     

嗜热酸性生淀粉α-淀粉酶Gt-amy的C末端结构域功能及生淀粉结合位点分析

为确定嗜热酸性生淀粉α-淀粉酶Gt-amy中参与生淀粉结合的结构区域,对Gt-amy的C末端结构域(C-terminal domain,CTD)进行缺失突变,并比较Gt-amy及CTD缺失突变体Gt-amy-T的酶学性质。在与Gt-amy相同的条件下,Gt-amy-T不能结合和降解玉米淀粉,CTD可有效结合玉米淀粉。以可溶性淀粉为底物,Gt-amy-T的kcat值约为Gt-amy的77.9%。CTD的系统进化关系分析显示CTD不是典型的淀粉结合结构域,但是本研究证实CTD属于生淀粉结合结构域,在Gt-amy结合并降解生淀粉中发挥重要作用,并且CTD有利于Gt-amy发挥可溶性淀粉酶活力。此外,本研究将CTD中Tyr残基定点突变为Ala残基,通过比较CTD与突变体的玉米淀粉结合能力以及Gt-amy与Gt-amy W501A/W514A的玉米淀粉结合率和降解率,确定CTD中W501和W514可能是生淀粉结合位点。     

组成型分泌表达蛋白酶的重组粪肠球菌的构建及应用

为构建组成型分泌表达蛋白酶Ker的重组粪肠球菌,采用豆粕固态发酵实验并评估其应用效果。以重组质粒pSIP401-kerhds为基础框架,向其中引入组成型启动子p10和高效分泌信号肽S6,构建重组载体pSIP401Z-s6-kerhds。采用电击转化方法将该重组载体转入具有益生特性的粪肠球菌EXW27来构建重组粪肠球菌。重组粪肠球菌的胞外蛋白酶的比酶活力为125.37 U/mL。重组蛋白酶Ker的最适反应温度为40℃,在pH 5.0~10.0范围内具有较高的相对酶活力和稳定性,并对胆盐溶液具有较好的耐受性,可适用于动物肠道环境。豆粕固态发酵实验表明,与粪肠球菌EXW27相比,重组粪肠球菌可以更有效降解豆粕中蛋白质。该研究构建了既具有益生特性又具有蛋白酶活性的重组粪肠球菌,为开发新型微生态制剂奠定了基础。     

D407A/D430A双位点突变对嗜热酸性生淀粉α-淀粉酶GTamy酶学性质的影响

旨在研究位于嗜热酸性生淀粉α-淀粉酶GTamy的结构域A与生淀粉结合域RSBD间的Ca²⁺结合位点对其酶学性质的影响,构建了GTamy的Ca²⁺结合位点突变体GTamyD407A/D430A,并比较了GTamy与突变体GTamyD407A/D430A的酶学性质。结果表明,与GTamy相比,突变体的高温活性和热稳定性明显降低。突变体于80℃的比活力由1 756.75 U/mg降低至1 484.48 U/mg;80℃的半衰期由3 h降低至2.5 h。以可溶性淀粉为底物时,突变体的底物结合能力不变,反应速率为GTamy的79%;以玉米淀粉为底物时,突变体的底物吸附率为GTamy的67.9%,底物降解率为GTamy的59.3%。该Ca²⁺结合位点可能通过改变RSBD和催化活性中心的分子结构来影响GTamy的高温活性和热稳定性。本研究表明该Ca²⁺结合位点有利于GTamy维持高温活性和热稳定性。     

嗜热酸性生淀粉α-淀粉酶Gt-amy中结构域C的环化重排及其对Gt-amy催化性能的影响

为确定嗜热酸性生淀粉α-淀粉酶Gt-amy中结构域C对其催化性能的影响,本研究采用基于蛋白质分子结构的环化重排方法对Gt-amy的结构域C进行分子改造,获得Gt-amy环化重排突变体,并比较了突变体的生淀粉吸附率、生淀粉降解率、酶比活力以及动力学常数。与Gt-amy相比,生淀粉吸附能力提高的Gt-amy环化重排突变体,其生淀粉降解能力也得到提高;生淀粉吸附能力降低的Gt-amy环化重排突变体,其生淀粉降解能力也降低。即Gt-amy的生淀粉降解能力和生淀粉吸附能力之间存在正相关性。其中,环化重排突变体Gt-amy-S498的生淀粉吸附率由78.86%提高至93.14%,生淀粉降解率由65.80%提高至90.93%。本研究证实环化重排突变可以作为一种工程学手段改变蛋白质的结构与功能,为提高酶类蛋白质的催化性能提供了思路。     

嗜热古菌高温酸性淀粉酶基因合成和大肠杆菌中的表达

BD5088是来源于1种嗜热球菌Thermococcus sp.的高温酸性α-淀粉酶的人工突变体,研究中根据BD5088基因的氨基酸序列,经密码子优化,用2步PCR法合成去信号肽后的成熟肽基因。该基因全长1311bp,由436个氨基酸组成。现将其克隆到大肠杆菌的表达载体pET30a上,在大肠杆菌BL21(DE3)中表达,表达出的目的蛋白分子量约为48ku,大小与理论值一致,经过Ni+树脂纯化,得到纯化后的重组酶BD5088。重组α-淀粉酶BD5088具有α-淀粉酶的活性,最适反应温度范围为70～85°C,最适反应pH值为5.6～6.0,在100℃下酶活性半衰期约30min。活性不依赖于Ca2+。本研究为该基因在毕赤酵母中的表达和基因的定向进化改造打下了基础。     

嗜热玫瑰红球菌嗜热脂肪酶的重组表达与酶学性质研究

嗜热脂肪酶能克服常温酶生物学性质不稳定的缺陷,在工业应用中有较大的优势,因而成为最近研究的热点.通过合成嗜热玫瑰红球菌Thermomicrobium roseum DSM 5159中的预测脂肪酶基因,在大肠杆菌BL21(DE3)中异源表达,并对该酶进行分离纯化和酶学性质表征.重组脂肪酶的熔融温度Tm和焓变ΔH分别为97...     

N-糖基化修饰对极端嗜热酸性α-淀粉酶ApkA酶学性质的影响

为探索N-糖基化修饰对极端嗜热酸性α-淀粉酶Apk A酶学性质的影响,同时为构建酵母工程菌奠定基础,将Apk A缺失信号肽突变体Apk Ads及含有2个潜在N-糖基化修饰位点的突变体Apk Ads D182N/G373S在毕赤酵母(Pichia pastoris)GS115中进行表达。Apk Ads和Apk Ads D182N/G373S在Pichia pastoris GS115中大量表达并分泌到胞外,Apk Ads的表观分子质量约为45 k D,Apk Ads D182N/G373S的表观分子质量约为55 k D。酶学性质分析表明,与Apk Ads相比,Apk Ads D182N/G373S的酶学性质发生了一定的变化。其最适反应p H值由6.5降低至5.5~6.0,酸性条件下稳定性增强;最适反应温度由90℃提高至100℃;于90℃的半衰期由5 h增加至5.5 h,于100℃保温10 min后的相对酶活力由32.03%增加至49.04%。结果表明N-糖基化修饰可适当提高Apk A的酸性条件下酶活力和稳定性、最适反应温度、热稳定性。突变体Apk Ads D182N/G373S的酶学性质使其适于淀粉液化工艺的应用。     

Sulfolobus tokodaii strain 7高温酸性α-淀粉酶基因在大肠杆菌中克隆表达及其酶学性质

以超嗜热古菌Sulfolobus tokodaii strain 7基因组DNA为模板,通过PCR扩增高温酸性α-淀粉酶基因ST0817,将此基因克隆至表达载体pET15b,并转化大肠杆菌Escherichia coli BL21-CodenPlus(DE3)-RIL,获得重组大肠杆菌工程菌。通过热处理、镍柱亲和层析和分子筛层析,得到纯化重组酶,SDS-PAGE分析表明,该酶分子量为53.0 kDa。酶学性质研究表明,该酶最适温度和pH分别为75℃和5.5;具有较强的热稳定性和pH稳定性,在85℃处理8 h保持50%左右活力,在pH 5.2处理120 min仍保持50%活力。此酶对不同底物水解活性不同,直连淀粉>可溶性淀粉>支链淀粉>β-极限糊精>糖原>环糊精>普鲁兰糖;该酶对有机溶剂、变性剂和金属离子具有一定抗性。     

一株产酸性α-淀粉酶菌株的筛选及酶学性质研究

从酿造大曲中筛选到高产α-淀粉酶菌株A-5-3,对其进行生物学鉴定,鉴定结果为黑曲霉;对其发酵液进行酶学性质初步研究,结果表明:该酶的最适pH值为3.6,最适温度为70℃,热稳定性良好。在pH3.0~5.0之间,具有很好的酸稳定性且为非Ca2+依赖型水解酶,在工业生产上有良好的应用前景。     

α-淀粉酶水解玉米淀粉的研究

研究了中温和耐高温α-淀粉酶水解玉米淀粉制取糊精，确定了它们水解适宜的工艺条件。中温α-淀粉酶晟佳的工艺条件为温度84℃、时间20min、酶用量16U／g；而寸高温α-淀粉酶最佳的工艺条件为温度95℃、时间40min、酶用量15U／g。     

嗜热杜邦菌α-淀粉酶的定向进化及高效表达

目的:对嗜热杜邦菌来源α-淀粉酶进行分子改造,以提高其耐热性和产酶水平。方法:基于易错PCR技术构建嗜热杜邦菌来源α-淀粉酶（Td-amy）的随机突变文库,高通量筛选耐热性和比酶活提高的突变体,通过定点突变及同源结构模拟对突变体进行分析,并将其在毕赤酵母中表达。结果:筛选得到一个正向突变体（mTd-amy）。该突变体最适温度（60 ℃）较野生型（55 ℃）提高了5 ℃,比酶活（466.3 U/mg）较野生型（227.9 U/mg）提高至2.0倍。经序列对比,mTd-amy有四个氨基酸发生了变化,分别为Ala4Val、Ala122Val、Lys194Arg和Ala468Asp,定点突变结果表明Ala122Val和Ala468Asp位点为影响其比酶活和最适反应温度的关键。进一步将突变体mTd-amy在毕赤酵母中高效表达,经高密度发酵其酶活达64696 U/mL。结论:定向进化获得了嗜热杜邦菌来源α-淀粉酶的正向突变体,该突变体的最适温度和比酶活力均明显提高,为α-淀粉酶的分子改造以及工业化应用等提供了理论参考。     

麦芽糖α-淀粉酶基因在枯草芽孢杆菌中的分泌表达

采用重叠PCR方法在麦芽糖α-淀粉酶编码基因5’端添加地衣芽孢杆菌α-淀粉酶基因信号肽编码区,获得重组基因BlMa。重组基因与芽孢杆菌表达载体pHY-P43连接后直接转化枯草芽孢杆菌,获得重组质粒pHY-P43-BlMa。枯草芽孢杆菌淀粉酶基因缺陷株1A717被用作BlMa基因表达宿主菌,重组菌命名为Bacillus subtilis/pHY-P43-BlMa。酶活检测和SDS-PAGE电泳均显示,B.subtilis/pHY-P43-BlMa表达的重组麦芽糖淀粉酶(BlMa)全部分泌到培养液中。HPLC检测表明,BlMa催化可溶性淀粉水解产物主要为麦芽糖。对B.subtilis/pHY-P43-BlMa摇瓶发酵条件进行优化。获得优化发酵培养基配方:10%玉米淀粉,2.5%药媒,0.3%(NH4)2SO4,0.03%CaCl2,0.1%NaH2PO4,在优化条件下重组菌发酵酶活为5.9 U/mL。     

褐色喜热裂孢菌Thermobifida fusca产麦芽糖α-淀粉酶基因的克隆表达及酶学性质研究

以T.fusca基因组DNA为模板,PCR分别扩增不包括和包括其基因前段信号肽的产麦芽糖淀粉酶的基因片段tfa和sptfa,并克隆至表达载体pSE380上,获得重组质粒pSE380-tfa和pSE380-sptfa,以大肠杆菌JM109为宿主细胞大量表达融合蛋白,利用金属镍亲和层析对菌株JM109/pSE380-tfa表达的α-淀粉酶进行纯化,SDS-PAGE显示纯化蛋白的分子量约为64ku,K m值为1.305mg/mL,最适反应温度为60℃,最适pH为7.0;检测到菌株JM109/pSE380-sptfa的培养基上清有相当一部分酶活。本研究麦芽糖α-淀粉酶与可溶性淀粉反应,经HPLC检测产物均为麦芽三糖、麦芽糖和葡萄糖的混合物。因此麦芽糖α-淀粉酶在生产高麦芽糖浆上起到了一定的作用。      

酸性α-淀粉酶生产菌株的筛选及酶学性质研究

从土壤中筛选到一株产酸性α-淀粉酶的野生菌株N7,此菌株具有较高的产酶活性。通过菌落形态、菌体特征观察和16SrDNA序列比对,鉴定该菌株为枯草芽孢杆菌。其酶学性质研究表明,菌株代谢产酶的反应最适温度为53℃,最适作用pH值为4．6,在pH3．0～10．0之间,具有较好的酸稳定性。     

芽胞杆菌XM-1酸性α-淀粉酶基因的克隆及原核表达

为使枯草芽胞杆菌XM-1菌株酸性α-淀粉酶基因高通量表达,提高酶产量,利用PCR方法从基因组DNA中扩增出该酶基因As-Amy,并构建pET30a(+)/As-Amy原核表达载体,在大肠杆菌BL21中成功表达。测序结果表明As-Amy基因编码框全长为1434bp(Genbank登录号GQ153530),编码477个氨基酸,预测蛋白质分子质量为61ku。序列比对分析表明,As-Amy与多个枯草芽胞杆菌α-淀粉酶基因相似性在98%以上,所编码氨基酸与枯草芽胞杆菌(Bacillus subtilis natto)IAM1212同源性最高。SDS-PAGE分析显示,As-Amy基因在大肠杆菌BL21中获得表达,酶活力较原菌株XM-1提高了2.7倍,表达蛋白分子质量大小与预测值相符。     

酸性α-淀粉酶基因在枯草芽孢杆菌中的高效表达

酸性α-淀粉酶是发酵行业用量最大的酶类,为了实现酸性α-淀粉酶基因的高效表达,将本实验室已经克隆得到的去信号肽的酸性α-淀粉酶基因在枯草芽孢杆菌WB600宿主中进行表达,成功的构建了表达菌株pHT43-amy/WB600。在初始菌浓度OD600为0.8时加入终浓度为0.9 mmol/L的IPTG,诱导6 h的条件下测得酶活力为1 230 U/mL,又由于宿主菌WB600外分泌蛋白较少,因此具有明显的生产优势。     

α-淀粉酶的耐酸性改造及在枯草芽孢杆菌中的分泌表达

α-淀粉酶基因经改造后,克隆到穿梭质粒pBE2中。在α-淀粉酶基因的上游连接枯草芽孢杆菌sacB基因的启动子-信号肽序列(sacR),构建了含突变α-淀粉酶基因的分泌型诱导表达载体pBSAT,转化蛋白酶三缺陷枯草芽孢杆菌菌株DB403。含有pBSAT的菌株可将突变α-淀粉酶分泌到胞外,表明sacB基因的启动子-信号肽序列(sacR)能很好的将枯草芽孢杆菌中的重组α-淀粉酶引导到胞外,完成分泌表达。分泌的α-淀粉酶具有较高的耐酸性及生物学活性。     

古细菌Pyrococcus furiosus高嗜热α-淀粉酶基因在大肠杆菌中的分泌表达

该文将大肠杆菌表达载体pKK223—3中含tac启动子的片段以BamH I、EcoR I酶切后接入表达载体pET28a中，构建成新的表达载体pE tac，通过PCR扩增获得p.furiosus胞外α-淀粉酶完整结构基因，接入PEtac中，转化大肠杆菌JM109。在IPTG诱导下，转化子周质中能测出明显酶活，证明Pyrococcus furiosus的胞外α-淀粉酶能在自身信号肽引导下分泌到大肠杆菌细胞周质中。重组酶最适pH为4．5，最适温度为95℃，重组酶经121℃保温1h，酶活仍能保持50%以上，性质与由p.furiosus自身分泌的胞外α-淀粉酶相似。     

一种酸性真菌α-淀粉酶的异源表达与重组酶性质

用PCR方法扩增扣囊复膜孢酵母CICIM Y1037菌株真菌α-淀粉酶基因成熟肽编码区(SfA),插入表达载体pPIC9K。重组质粒pPIC9K-SfA转化巴斯德毕赤酵母GS115,筛选获得淀粉酶活力相对最高的重组菌Pichia pastoris GS115/pPIC9K-SfAmy LZ08。SDS-PAGE电泳分析纯化获得的重组酶SfA,结果显示重组酶分子质量为61 kDa左右。SfA最适反应温度为45℃、最适pH为4.5,是一种酸性α-淀粉酶。Ca2+对SfA的热稳定性有促进作用,重组酶在含5 mmol/L Ca2+,pH 4.5的溶液中,55℃保温4 h酶活仍保留80%以上。SfA水解玉米淀粉获得麦芽寡糖和少量葡萄糖,其中麦芽糖和麦芽三糖为主要产物,分别占水解物的37%和39%。重组酶SfA在麦芽三糖和麦芽寡糖糖浆生产中有一定的应用潜力。