Streptomyces maritimus苯丙氨酸变位酶的制备、表征及催化合成β-芳香丙氨酸

克隆Streptomyces maritimus来源的苯丙氨酸变位酶(Sm PAM)基因,并进行异源表达,制备了重组Sm PAM,用于一步合成高附加值的β-芳香丙氨酸.提取S.maritimus的基因组,设计1对特异性引物,采用PCR扩增编码Sm PAM的结构基因pam,与表达载体p ET28a连接,构建重组表达质粒p ET28a-pam,转入E.coli BL21中表达,采用亲和层析柱分离纯化重组酶Sm PAM.结果表明,克隆得到编码523个氨基酸长度的Sm PAM基因pam,并在大肠杆菌中实现了高效表达,制得电泳纯的重组Sm PAM.该酶在最适温度30℃,p H=9.0条件下活力达到2.5 U/mg,具有较高的热稳定性和p H稳定性,在60~70℃下保持3 h未见活性下降,在p H=9~11保持24 h,残余酶活力达到98%.Sm PAM具有较宽的底物谱,可催化苯环上携带不同基团的3-芳香丙烯酸合成β-芳香丙氨酸,当苯环上携带吸电子基团时催化反应更易完成,其中2-硝基-β-苯丙氨酸的产率最高,达到93%.

产β-苯丙氨酸变位酶基因工程菌的构建及其发酵条件优化

构建β-苯丙氨酸变位酶基因表达重组质粒pET-28apam,并转化大肠杆菌BL21,获得β-苯丙氨酸变位酶基因重组菌。考察培养基初始pH、摇床转速、种龄、发酵时间以及装液量5个因素对β-苯丙氨酸变位酶基因工程菌产酶活性的影响,确定较佳发酵条件为:培养基初始pH 7.0、摇床转速200r/min、发酵时间24h、装液量50mL/500mL、种龄10h。采用Box-Behnken试验设计,选择了种龄、初始pH、发酵时间3个对β-苯丙氨酸变位酶活力影响较大的因素进行响应面优化。优化结果为:在种龄12.8h、初始pH 6.7、发酵时间25.2h条件下,PAM活力达到11.15 U/mL,比优化前酶活4.87U/mL提高了128.9%。

成团泛菌苯丙氨酸氨基变位酶的热稳定性改造

来源于原核生物成团泛菌(Pantoea agglomerans)的苯丙氨酸氨基变位酶(PaPAM)可催化α-苯丙氨酸转变为药用价值更高的(S)-β-苯丙氨酸,然而其酶活较低,热稳定性较差,限制其工业应用。本研究突变苯丙氨酸氨基变位酶酶活中心上方loop环上的氨基酸及与其相互作用位点的氨基酸,降低loop环的柔性,以期稳定酶活中心的结构,提高酶的热稳定性。筛选得到热稳定性显著提高的突变体I91M,50℃保温1h后,剩余酶活达到83%(野生型酶酶活仅剩余30%左右)。该结果有助于苯丙氨酸氨基变位酶的理论研究和工业应用。

成团泛菌苯丙氨酸氨基变位酶的性质表征及用于合成β-苯丙氨酸

克隆来源于Pantoea agglomerans的苯丙氨酸氨基变位酶基因(pam),构建表达载体,转入大肠杆菌中进行异源表达,采用亲和层析制备电泳纯的重组酶(PaPAM),用于催化合成β-苯丙氨酸。结果表明:成功克隆得到基因pam,长度为1626bp,编码541个氨基酸长度的PaPAM,构建了大肠杆菌表达载体pET28a-pam,转入E.coliBL21中经异丙基-β-D-硫代半乳糖苷(IPTG)诱导表达,镍柱亲和层析纯化获得电泳纯的重组PaPAM。MS和NMR表征结果表明,重组PaPAM能异构化a-苯丙氨酸为β-苯丙氨酸,在最适条件下(30℃、pH 9、1.5 mol/L NH_4^+),酶活力达到2.5 kU/g,在30～50℃、pH 8～10下PaPAM具有较高的稳定性,金属离子Na^+、Mg^(2+)、Ca^(2+)、Fe^(3+)对PaPAM的活性影响较小,表面活性剂SDS和Triton100对PaPAM有较强抑制作用,在最佳反应条件下,底物的转化率达到92%。

农杆菌介导Txpam基因转化烟曲霉TMS-26及其产紫杉醇效果评价

为研究红豆杉紫杉醇合成途径限速酶基因功能及其对内生真菌烟曲霉TMS-26发酵产紫杉醇的影响,以曼地亚红豆杉愈伤组织制备cDNA作为模板扩增苯丙氨酸氨基变位酶基因(Txpam),构建重组质粒pGEX-4T-1-Txpam,转入大肠杆菌中进行异源诱导表达,经亲和层析纯化,获取重组酶TxPAM并验证其酶活性。构建pCAMBIA1302-Txpam质粒,转化农杆菌感受态细胞,利用农杆菌介导的转化体系获得转化子并优化转化条件,结合插入片段携带的分子标记和目的基因进行转化子验证,同时培养转化菌株并检测紫杉醇产量。结果表明:纯化获取的重组酶TxPAM,经HPLC检测具有将α-苯丙氨酸催化为β-苯丙氨酸的功能;在最优转化条件下,转化子数目达到471个/106个孢子;根据基因hyg和Txpam的克隆以及测序结果,说明成功构建了基因工程菌株,通过对其发酵条件进行优化,紫杉醇产量达到721.87μg/L。

Cloning,expression and characterization of gene sgcD involved in the biosynthesis of novel antitumor lidamycin

Lidamycin with high antitumor activity is a novel enediyne antitumor antibiotic produced by Streptomyces globisporus C1027. The 75 kb biosynthesis gene cluster of lidamycin containing 33 open reading frames has been cloned from S. globisporus C1027. In this paper, the function of sgcD (ORF24) is investigated. Gene disruption experiment proved that sgcD is involved in lidamy- cin biosynthesis. With homologous comparing analysis, we deduce that sgcD codes aminomutase catalyzing a-tyrosine to b-tyrosine which is one motif for lidamycin. To identify the function of en- zyme coded by sgcD, sgcD is cloned into vector pET30a for inducing expression and the activity of expression product is analyzed. The result showed that the expression product of sgcD has the activity of aminomutase. Aminomutase coded by sgcD is the first characterized enzyme involved in the biosynthesis of enediyne antitumor antibiotics. Our research will be helpful to clarifying the biosynthesis mechanism of such kind of antibiotic and to producing new antitumor compounds.