D-塔格糖3-差向异构酶家族蛋白的研究进展

稀有糖是在自然界中存在但含量极少的一类单糖及衍生物,其在膳食、保健、医药等领域中发挥着重要的功能。D-塔格糖3-差向异构酶(D-tagatose 3-epimerase,缩写为DTE)家族蛋白在稀有糖生物转化中占有重要地位。文中对DTE家族蛋白的最新进展进行了综述;同时,展望了DTE家族蛋白的研究趋势。     

D-塔格糖3-差向异构酶的储存稳定性

为提高D-塔格糖3-差向异构酶(D-tagatose 3-epimeriase,DTE)粗酶液的储存稳定性,在其粗酶液中添加防腐剂以及糖类、盐类、多元醇类与蛋白质等稳定剂。通过单因子研究与正交实验,研究了它们对酶液储存稳定性的影响。结果表明:0.3%尼泊金甲酯(methylparaben,Met)有较佳的防腐效果,且能显著降低酶液的失活速率;果糖、肌醇、Mg SO4是DTE良好的稳定剂,其组合2 mmol/L Mg SO4,6%果糖,4%肌醇为最优的复合稳定剂;将加有0.3%Met和复合稳定剂的粗酶液在25℃下保存,粗酶失活半衰期为62 d,而仅加防腐剂Met的半衰期为25 d,空白酶液仅2 d。因此,复合稳定剂与防腐剂Me的联合使用能较好地提高DTE粗酶液的储存稳定性。     

乳糖诱导D塔格糖3差向异构酶基因在大肠杆菌中的表达

以D-塔格糖3-差向异构酶高效表达菌株BL21（DE3）/pET22b-cbdte为研究对象,考察乳糖作为诱导剂诱导D-塔格糖3-差向异构酶在大肠杆菌BL21（DE3）中表达的可行性。在摇瓶发酵条件下,从诱导时机、诱导剂浓度、诱导时间及诱导温度等四个方面,研究诱导条件对目的蛋白表达的影响。结果表明,工程菌培养至对数生长中期OD值为1.0左右后,加入终浓度为5g/L的乳糖,于20℃的条件下诱导7h,可获得最大酶活。与异丙基-β-D-硫代吡喃半乳糖苷（IPTG）最适诱导条件相比,优化后的乳糖诱导酶活提高82.7%,可溶性目的蛋白的表达量提高99.5%,菌体生物量提高30.5%。研究结果为乳糖作为诱导剂应用于D-塔格糖3-差向异构酶的工业化生产提供有益的参考和借鉴。      

Clostridium cellulolyticum D-塔格糖3-差向异构酶基因的克隆、表达及酶活性

D-塔格糖3-差向异构酶是生物法生产新型功能性因子D-阿洛酮糖最为有效的酶。作者克隆到一种新型的D-塔格糖3-差向异构酶基因,来源于微生物Clostridium cellulolyticumH10。以pET-22b(+)为载体质粒,E.coliBL21(DE3)为宿主细胞,构建了基因重组菌,IPTG可诱导目的蛋白质的过量表达;经亲和层析纯化的重组蛋白质样品进行SDS-PAGE分析,在约31 000处出现显著的特征蛋白质条带;活性检测结果表明:该重组酶具有较高的转化活性。     

Clostridium bolteae ATCC BAA-613 D-塔格糖3-差向异构酶的诱导表达、纯化及活性研究

D-塔格糖3-差向异构酶是生物法生产新型功能性因子D-阿洛酮糖最为有效的酶。一种新型的能够编码D-塔格糖3-差向异构酶的基因CLOBOL₀0069被克隆,它来源于Clostridium bolteae ATCC BAA-613。以pUC57为克隆载体,以pET-22b（+）为载体质粒,E.coli BL21（DE3）为宿主细胞,构建了基因重组工程菌。IPTG诱导剂诱导目的蛋白的表达;通过镍柱亲和层析,杂蛋白与目的蛋白得到了很好的分离。对纯化的重组蛋白样品进行SDS-PAGE分析,在约32ku处出现明显的特征条带。通过活性研究表明,Clostridium bolteae ATCC BAA-613 DTEase属于DTEase家族,并具有较高的生物转化率,反应10h后转化率达到20%。     

Clostridium scindens ATCC35704中的D-塔格糖-3-差向异构酶的克隆表达、纯化及活性研究

D-阿洛酮糖作为一种新型低热量功能性甜味剂,可以通过D-塔格糖-3-差向异构酶家族,以D-果糖为底物C-3位异构化得到。一个新的来源于微生物Clostridium scindens ATCC 35704中ZP 0243228的D-塔格糖-3-差向异构酶基因(CS-DTE),通过克隆并成功导入E.coli BL21(DE3)中,构建了基因重组菌,诱导目的重组基因过量表达;经亲和层析纯化的重组蛋白样品进行SDS-PAGE分析,在约31 ku处出现显著的特征蛋白条带;通过对其活性检测表明,该重组酶分别以D-塔格糖和D-果糖为底物,可以生成D-山梨糖和D-阿洛酮糖,转化率分别为8.6%和27.9%。     

壳聚糖固定D-阿洛酮糖3-差向异构酶转化D-阿洛酮糖

D-阿洛酮糖3-差向异构酶是一种能催化D-果糖转化为D-阿洛酮糖的异构酶。本实验采用壳聚糖作为载体制备固定化D-阿洛酮糖3-差向异构酶,考察了固定化酶的制备条件和酶学性质,并研究在填充床中利用固定化D-阿洛酮糖3-差向异构酶持续转化D-果糖。实验结果表明:固定时间为3h,酶∶载体=15∶1（U/g）,其酶活回收率达到45%。相比游离酶,固定化酶具有更高的温度稳定性以及在较宽的pH范围内保持较高酶活,其最适温度和pH分别为60℃与8.5。固定化酶在填充床中反应的最高转化率为24%,在最佳流速2.5mL/min下其转化率为19%,相关产率为6.7g/L·h,经过168h的反应,其转化率仍然保持在13%以上。      

D-塔格糖-3-差向异构酶及其应用

D-塔格糖-3-差向异构酶（D-tagatose-3-epimerase,DTE）家族,是催化酮糖类单糖C-3位置的差向异构化反应的一类酶,也是稀有糖生产中的核心酶.随着稀有糖在食品、保健品、医药中间体等领域的广泛应用,利用DTE酶家族制备稀有糖备受关注.本文对DTE酶家族的DTEase和DPEase的来源、酶学特性、蛋白结构以及DTE酶家族在稀有糖生产中的应用现状等方面进行了综述,最后对DTE酶家族的研究趋势进行了展望.     

D-阿洛酮糖3-差向异构酶的异源表达和酶学性质

克隆了来源于Clostridium bolteae ATCC BAA-613的D-阿洛酮糖3-差向异构酶基因,利用重叠延伸PCR技术在Cb-dpe基因的上游加入了P43启动子,形成P43-Cb-dpe,再将P43-Cb-dpe连接到p MA5载体上构建出双启动子表达载体,并导入到Bacillus subtilis WB800中进行表达;与单启动子表达系统相比,双启动子表达载体能够显著提高Cb-dpe的表达量。对重组Cb-DPE酶进行了分离纯化和酶学性质的研究,结果表明:重组Cb-DPE的最适温度为55℃,最适pH为7.0,在温度30~40℃范围内和pH 6.5~7.5之间有良好的稳定性;Co~(2+)、Mn~(2+)可显著增强酶活;D-阿洛酮糖为底物时,K_m为26.68 mmol/L,小于果糖的61.80 mmol/L,说明该酶对D-阿洛酮糖的亲和性比对D-果糖的高。而在动力学参数方面,以D-阿洛酮糖为底物对应的催化效率K_(cat)/K_m为95.8 L/(mmol·min),大于以果糖作为底物时的54.1 L/(mmol·min)。     

通过稳定剂提高D-阿洛酮糖3-差向异构酶的贮存稳定性

利用D-阿洛酮糖3-差向异构酶(D-psicose 3-epimerase, DPE)对D-果糖的异构化反应是目前制备D-阿洛酮糖最经济环保的方式。但因DPE贮存稳定性较差,限制了其工业化应用。该文以Clostridium cellulolyticum DPE (CcDPE)为研究对象,寻找绿色高效、成本低廉且不影响后续酶反应的贮存稳定剂。考察了糖类、金属离子与多元醇类等稳定剂对CcDPE贮存效果和对后续酶反应的影响。先进行单因素实验,后对获得的2个最适的稳定剂进行复配。结果表明,甘油和Co²⁺能显著提高CcDPE粗酶液的贮存稳定性,且不会对后续酶转化反应造成负面影响。在25℃下,1 mmol/L Co²⁺可以将粗酶液半衰期从4.5 d延长到46 d; 30%(体积分数)甘油可以将半衰期延长到33 d; 20%(体积分数)甘油与0.5 mmol/L Co²⁺的复配组合可以将半衰期延长至80 d。研究结果为CcDPE的进一步工业化应用提供了技术支撑。     

D-塔格糖的分离纯化

以化学法合成的D-塔格糖为原料,采用Ca~(2+)型离子交换层析、阴阳离子交换树脂脱盐脱色的方法分离纯化D-塔格糖。Ca~(2+)型离子交换柱层析条件为;柱温70℃,流速1.0 mL/min,进样体积20 mL,D-举格糖回收率达到了83%,纯度达到98%。经强酸性阳离子和弱碱性阴离子交换树脂一次串联脱盐脱色,脱盐率达93%,D-塔格糖回收率为87%。将分离得到的样品浓缩、乙醇结晶获得晶体。通过红外光谱分析,结果表明,分离纯化后的产物是D-塔格糖。     

D-塔格糖研究進展

D-塔格糖是一种新型低热量糖,目前主要通过生物和化学两种方法合成;由于其理化性质稳定,具有甜味协同增强效应,对Ⅱ型糖尿病有一定辅助治疗作用,因此,充分利用这些特性,将其应用于食品、医药、化妆品等领域具有重要意义。     

海藻酸钠固定细胞产D-阿洛酮糖的研究

D-阿洛酮糖3-差向异构酶（DPEase）是一种能催化D-果糖转化为D-阿洛酮糖的异构酶。本实验采用海藻酸钠作为载体,包埋重组大肠杆菌催化D-果糖生成D-阿洛酮糖。以固定化细胞的酶活活力回收率为指标,优化出最佳固定化条件为:海藻酸钠浓度3%,细胞包埋量60g/L,Ca Cl2浓度2%,固定化时间4h,0.01%浓度戊二醛溶液中交联4h。该条件下所得固定化细胞的酶活回收率高达76%,且具有较好的操作稳定性,重复操作8次后酶活回收率仍然保持61%。固定化后DPE细胞的最适酶反应温度提高了5℃、最适pH与游离细胞基本一致,耐热性明显提高,p H稳定性与游离细胞一致。      

阴离子交换树脂固定化果糖基转移酶的研究

从13种离子交换树脂和吸附树脂中,筛选出固定化效果较好的大孔弱碱性苯乙烯系阴离子交换树脂D380为载体,以戊二醛为交联剂,通过先吸附后交联的方法对果糖基转移酶的固定化进行分析,并对固定化条件进行了优化。结果表明,最佳固定化条件为:加酶量为200U/g树脂,吸附pH为6.0,吸附时间为6h,吸附温度为30℃,交联剂戊二醛浓度为0.01%,交联时间为6h,交联温度为4℃,固定化酶活回收率最高可达87.6%以上。     

D-塔格糖与L-阿拉伯糖异构酶的研究进展

D-塔格糖是一种天然的低能量填充型甜味剂,并具有抑制高血糖、改善肠道菌群和不致龋齿等多种生理功效。D-塔格糖是一种稀有糖,因此通常利用化学转化或生物转化方法进行大量生产。L-阿拉伯糖异构酶是生物法工业化生产D-塔格糖的有效酶。文中对D-塔格糖的性质、功能及利用L-阿拉伯糖异构酶生产D-塔格糖的研究新进展进行了综述。