重组大肠杆菌产耐热α-L-鼠李糖苷酶高密度发酵条件的优化

为了减少乙酸的生成,提高重组大肠杆菌生产耐热α-L-鼠李糖苷酶的产量,考查了指数流加培养、两阶段指数流加培养、诱导温度、诱导pH对重组大肠杆菌发酵生产耐热α-L-鼠李糖苷酶(TstRhaA)过程中乙酸含量和酶产量的影响。确定最佳发酵工艺:诱导前比生长速率0.2 h^(-1),诱导后比生长速率0.18 h^(-1),诱导温度33℃,pH 7.2。在最佳发酵工艺条件下,乙酸浓度始终保持在0.8 g/L以下,菌体干重(DCW)最大为69.6 g/L,最高酶活力为589.0 U/mL,是摇瓶发酵的23.4倍,实现了重组大肠杆菌高密度发酵生产TstRhaA。研究结果表明,调节大肠杆菌高密度发酵过程中乙酸含量在合适范围内,能够实现TstRhaA的高效生产,这对其他酶的高密度表达具有重要指导意义。

α-L-鼠李糖苷酶水解朝藿定C制备淫羊藿苷工艺研究

目的研究α-L-鼠李糖苷酶水解朝藿定C制备淫羊藿苷工艺。方法以缓冲液种类、pH值、温度、底物与酶用量比例、反应时间、底物质量浓度为影响因素,朝藿定C转化率、淫羊藿苷得率为评价指标,单因素试验优化制备工艺。再进行放大试验,柱色谱分离得到酶解产物,^(1)H-NMR、^(13)C-NMR对产物进行鉴定。结果最佳条件为磷酸盐缓冲液,pH值4.5,温度50℃,底物与酶用量比例1∶2,反应时间72 h,底物质量浓度2 mg/mL,朝藿定C转化率为88.68%,淫羊藿苷得率为92.65%。在底物质量浓度2 mg/mL、反应体系200 mL条件下,朝藿定C转化率均在88%以上,淫羊藿苷产率均在90%以上,而且几乎无副产物生成。结论该方法反应条件温和,底物质量浓度高,成本低,简便可靠,可为淫羊藿资源综合开发利用、淫羊藿苷绿色工业化生产提供基础。

极耐热α-L-鼠李糖苷酶的性质及其在异槲皮素制备中的应用研究

L-鼠李糖苷酶可特异性切除糖苷类化合物上连接的α-L-鼠李糖基,已被广泛用于食品、医药等工业领域。作者旨在获得耐受高温的α-L-鼠李糖苷酶,提高工业生产的效率和降低使用成本。首先对嗜热菌Sulfolobus islandicus来源的α-L-鼠李糖苷酶基因进行克隆及大肠杆菌的异源表达,随后测定了系列酶学性质,接着优化了该酶制备异槲皮素的酶法制备工艺。结果表明:重组酶SisRha在90℃下酶活力最佳,具有极好的热稳定性,其在80℃下孵育120 min后酶活力几乎没有损失;最适反应pH为5.5,在pH 4.5~7.0时,pH稳定性良好;重组酶SisRha对人工底物对硝基苯酚鼠李糖糖苷(p NPR)的Km值为(0.15±0.03) mmol/L,Vmax值为(6.26±0.51)U/mg,k_(cat)值为(10.48±0.86) s^(-1);对底物p NPR、芦丁、朝藿定C、柚皮苷、橘皮苷和淫羊藿苷的比活力分别为25.06、11.89、6.74、3.14、2.77、0.42 U/mg。重组酶SisRha转化芦丁生成异槲皮素的适宜工艺为:用酶量0.40 U/mL,在85℃、pH 5.0的条件下反应1 h,可将2 mmol/L芦丁几乎全部转化,摩尔转化率高达98.56%。本研究丰富了现有的α-L-鼠李糖苷酶资源,为嗜热菌来源的α-L-鼠李糖苷酶的研究奠定了基础,同时提供了一种高温转化芦丁制备异槲皮素的方法。

微生物来源α-L-鼠李糖苷酶的分子和结构生物学研究进展

α-L-鼠李糖苷酶(α-L-rhamnosidase(EC 3.2.1.40))是一种水解酶,分布在GH13、GH28、GH78和GH106家族,其中3种GH78家族的α-L-鼠李糖苷酶具有典型的(α/α)6桶状结构,它能够特异性地水解许多糖苷类物质末端的α-L-鼠李糖基,在食品饮料加工工业和医药业中具有重要的应用价值。介绍了微生物来源的α-L-鼠李糖苷酶的性质及应用,主要阐述了α-L-鼠李糖苷酶基因的克隆、表达及该酶晶体结构方面的研究进展。

密码子优化α-L-鼠李糖苷酶基因在酿酒酵母细胞的表面展示表达及产物的酶学性质

桑树富含黄酮苷类化合物,利用糖苷酶生物转化可有效提高其生物利用度,对挖掘桑树资源的药食用价值具有重要意义。天然来源的糖苷酶催化选择性强,但异源表达量低。以源自黑曲霉(Aspergillus niger)的α-L-鼠李糖苷酶基因rha为目的基因,改善该基因的密码子偏爱性和适应性,将密码子优化后的corha基因展示表达到酿酒酵母细胞表面,以达到高效催化的实用目的。与转入原始rha基因的重组酿酒酵母菌株相比,转入密码子优化corha基因的重组酿酒酵母菌株表面展示coRHA蛋白的表达量提高了2.9倍,培养60 h后coRHA的酶活力提高了2.7倍。以对硝基苯-α-L-鼠李糖苷(p NPR)为底物检测含corha基因重组菌株生产coRHA的酶活力,其最适p H及温度分别为5.0和45℃;以芦丁为底物,在p H 5.0、60℃条件下,coRHA水解芦丁合成异槲皮苷的得率为79.81%±3.1%。采用系统密码子优化策略,为利用工程菌工业化生产coRHA,用于催化桑树黄酮苷类化合物定向水解提供了可行的方法。

多形拟杆菌α-L-鼠李糖苷酶序列分析与酶学性质

α-L-鼠李糖苷酶在生物技术领域具有很好的生物催化应用前景。目前,仅16个细菌源GH78家族α-L-鼠李糖苷酶基因被报道,对α-L-鼠李糖苷酶的序列特征与分子催化机制了解尚不完善。人体肠道细菌多形拟杆菌可利用多种多糖与糖苷,其基因组包括6个预测的α-L-鼠李糖苷酶基因,本文集中于连续定位于一个基因座的2个α-L-鼠李糖苷酶基因BtRha78D和BtRha78E,通过研究二者的序列特征和酶学特性旨在确定此基因座的生物学意义。序列分析显示,BtRha78D和BtRha78E的序列组成与长度差异性大,与已发现的α-L-鼠李糖苷酶序列一致性较低,分子进化关系也较远;酶学性质研究表明,BtRha78D和BtRha78E可高效水解底物p NPR,最适p H分别为p H6.0与p H 7.0。BtRha78E在p H 7.5~8.0范围内,仍能保持52%以上的活性。BtRha78D和BtRha78E最适温度为50℃,对pNPR的kcat分别为14.78 s-1和5.48 s-1,Km分别为0.14 mmol/L和0.44 mmol/L,kcat/Km分别为105 600 s-1L/mol和12 500 s-1L/mol。BtRha78D和BtRha78E耐受低浓度(1%)有机溶剂,10%浓度显著降低酶活性,对二甲亚砜具有很好的耐受性,10%浓度下仍能分别保持42%和53%的活性。本研究揭示,α-L-鼠李糖苷酶BtRha78D和BtRha78E间的序列组成与长度差异性很大,具有相同的催化活性而酶学性质却不同,一个包含2个α-L-鼠李糖苷酶基因的基因座可能参与多形拟杆菌降解利用含α-L-鼠李糖基的多糖与糖苷化合物。

微生物源α-L-鼠李糖苷酶制备橙皮素单葡萄糖苷

橙皮苷是一种黄酮类化合物,具有抗炎、抗氧化、抗癌、维持血管正常渗透压和降低血脂等多种生理活性。文献报道大多数天然产物中由于鼠李糖糖苷的存在,会降低了其生物利用率。从腐烂的柑橘中筛选得到一株α-L-鼠李糖苷酶的产生菌株,能将橙皮苷水解得到水溶性更好的橙皮素单葡萄糖苷。进一步对α-L-鼠李糖苷酶进行了分离纯化及酶学性质的研究。最后,采用大孔树脂法对橙皮素单葡萄糖苷进行了分离纯化,并对其洗脱工艺进行了研究,最后确定的工艺为30%的乙醇水溶液在1mL·min-1的流速下,可以有效的分离得到橙皮素单葡萄糖苷,其纯度达到87.55%。

黑曲霉菌丝体活力对α-L-鼠李糖苷酶发酵的影响

α-L-鼠李糖苷酶是工业上一种重要的水解酶。为了方便地优化和监控α-L-鼠李糖苷酶的发酵生产过程,在5 L发酵罐水平研究黑曲霉菌丝体活力与α-L-鼠李糖苷酶产量之间的关系,菌丝体活力采用TTC-脱氢酶法进行测定。实验结果表明,在发酵过程中维持适宜的菌丝体活力对α-L-鼠李糖苷酶的产量非常重要:当摇瓶种子菌丝体活力达到最大值0.388 U/mL时,对应的5 L发酵罐中α-L-鼠李糖苷酶的产量最大;控制发酵过程的pH恒定于5.5,可以有效延缓菌丝体活力下降速度,使α-L-鼠李糖苷酶的产量提高28.7%;当搅拌转速低于400r/min或通气量低于0.3 vvm时,发酵24～36 h的菌丝体活力大幅下降,α-L-鼠李糖苷酶的产量显著降低。因此,可以将菌丝体活力作为α-L-鼠李糖苷酶发酵工艺优化和生产过程控制中一项重要的监控参数。

耐久肠球菌产α-L-鼠李糖苷酶的液体发酵培养基优化研究

通过单因素试验及正交试验确定最佳碳源、氮源和无机盐浓度。最佳培养基的基本组成为蔗糖1.25%,大豆蛋白胨1.25%,磷酸二氢钾2mmol/L,牛肉膏0.3%,蛋白胨1%,氯化钠0.5%,硫酸铁3mmol/L。最佳培养条件为培养温度34℃,发酵时间4d,70mL培养基的接种量为3%。

乳酸片球菌AS1.2696来源的α-L-鼠李糖苷酶酶学性质分析

克隆表达乳酸片球菌AS1.2696菌株中的α-L-鼠李糖苷酶基因,研究重组酶的酶学性质。分析乳酸片球菌AS1.2696菌株的全基因组序列,聚合酶链式反应扩增目的基因,以p SE380为表达载体构建重组质粒p SE-prha2和p SE-prha3,在大肠杆菌Escherichia coli XL-blue进行表达,使用镍亲和层析纯化重组蛋白,研究重组酶PRHA2、PRHA3的酶学性质。结果表明,重组酶PRHA2的最适pH值和温度分别为5.0和60℃,Km值为(3.039±0.581)mmol/L,Vm a x值为(2.032±0.186)μmol/(min·mg);PRHA3的最适p H值和温度分别为5.5和45℃,Km值为(2.797±0.132)mmol/L,Vmax值为(113.35±1.485)μmol/(min·mg)。PRHA2和PRHA3能够水解人工底物对硝基苯基-α-L-吡喃鼠李糖苷(p-nitrophenyl-α-L-rhamnopyranoside,p NPR)以及α-1,6键的橙皮苷、芦丁;PRHA2对4-硝基苯基-β-D-阿拉伯糖苷(4-nitrophenyl-β-L-arabinoside,p NPA)有一定的水解活性;PRHA3对淫羊藿苷、淫羊藿次苷I、朝藿定A、朝藿定B、朝藿定C这几种物质C-7位的葡萄糖糖苷键有较弱的水解作用。此外,PRHA3能够水解朝藿定C的C-3位以α-Rha(2→1)α-Rha连接的外侧的鼠李糖苷键,在食品及医疗方面具有一定的应用价值。

基于宏基因组学方法挖掘新型α-L-鼠李糖苷酶资源

α-L-鼠李糖苷酶是特异性切割末端含α-L-鼠李糖的天然化合物的一类糖苷水解酶,该酶在食品、医药、化学等行业都有广泛的应用。本研究旨在利用保守氨基酸基序结合PCR驱动的宏基因组学方法,从提取的健康人体粪便宏基因组DNA中获得新型细菌源α-L-鼠李糖苷酶基因。通过对CAZy数据库GH78家族中193条细菌源α-L-鼠李糖苷酶氨基酸序列进行多重序列比对,首次将α-L-鼠李糖苷酶家族分为3个亚家族,并确定了其中两个亚家族的两对保守氨基酸基序。基于保守基序氨基酸序列设计简并引物,PCR扩增保守基序间基因片段,对PCR产物克隆测序,结果获得12条α-L-鼠李糖苷酶基因片段,对其编码的氨基酸序列在Gen Bank数据库进行Blast序列比对,其中两条基因片段的氨基酸序列一致性仅为52%,一条为73%,其余9条在94%以上。根据Gen Bank数据库中序列一致性94%以上片段对应全长基因序列设计上下游引物,以人体粪便宏基因组DNA为模板,扩增获得3条α-L-鼠李糖苷酶全长基因,并将其克隆于载体p ET-28a,在E.coli BL21(DE3)内进行异源表达,目的蛋白多以包涵体形式存在于沉淀中,少量以可溶性形式存在于上清中。人体肠道细菌宏基因组为新型α-L-鼠李糖苷酶基因发现提供了潜在的基因资源库,基于保守氨基酸基序驱动的宏基因组学方法,从人体肠道以及环境宏基因组中直接获取新酶基因是可行的。

塔宾曲霉固态发酵产物中α-L-鼠李糖苷酶的分离纯化及酶学性质分析

α-L-鼠李糖苷酶是一种在食品、药品中有重要用途的糖苷酶,但其结构与功能关系尚不明确,限制了优良酶制剂的设计。本文通过硫酸铵分级沉淀、疏水层析和亲和层析从塔宾曲霉固态发酵柚皮产物中分离纯化得到了一种α-L-鼠李糖苷酶,纯化倍数和比活力分别为34和21105 IU/mg,SDS-PAGE测得该酶的分子质量为120 ku;纯化得到的α-L-鼠李糖苷酶最适反应p H为4.0,最适反应温度为50℃,p H稳定性和热稳定性好;Fe^(2+)对酶活有促进作用,Mn^(2+)、Ca^(2+)、Cd^(2+)对酶有抑制作用;该酶可水解柚皮苷,但对芸香苷和对硝基苯酚鼠李糖的转化率较低,不水解杨梅苷和柴胡皂苷C。以上结果表明纯化得到的α-L-鼠李糖苷酶在金属离子影响特性、底物特异性方面具有新颖性,丰富了α-L-鼠李糖苷酶的结构与功能关系研究素材。

一株产α-L-鼠李糖苷酶菌株的分析与鉴定

筛选得到了一株能够分泌α-L-鼠李糖苷酶的菌株。利用TLC和HPLC的方法,对芦丁的生物转化情况进行研究。结果表明,该菌株可以将芦丁降解形成槲皮素。测序结果表明该菌种具有α-L-鼠李糖苷酶基因。根据菌落形态学观察和分子生物学的18SrDNA基因序列分析及系统进化树分析,将该菌株初步鉴定为黑曲霉。

α-L-鼠李糖苷酶发酵过程放大研究——从5L到30L发酵罐

以产α-L-鼠李糖苷酶(α-L-1,2-鼠李糖苷酶和α-L-1,6-鼠李糖苷酶)的黑曲霉Aspergillus niger WZ001为考察对象,研究了从5 L发酵罐到30 L发酵罐的通气量和搅拌转速的放大工艺。通气量按三种准则、搅拌转速按两种准则放大。通过实验验证,优选得到最佳放大准则为:通气量按1.5倍空气表观线速度进行放大、搅拌转速按搅拌桨叶尖线速度放大。在该优化的放大工艺条件下,30 L发酵罐中α-L-1,2-鼠李糖苷酶和α-L-1,6-鼠李糖苷酶的产量分别为2 515 U/mL和3 612 U/mL,达到5 L发酵罐的水平。

山梨醇对黑曲霉源α-L-鼠李糖苷酶(r-Rha1)热稳定性的影响

提高酶热稳定性是工业酶属性改造的重要目标。山梨醇作为广泛应用于提高酶稳定性的外源添加剂,目前对其影响酶热稳定性的机制仍不明确。因此,作者以黑曲霉源α-L-鼠李糖苷酶(r-Rha1)为研究对象,通过热失活动力学、圆二色谱和荧光光谱的谱学分析,研究山梨醇对α-L-鼠李糖苷酶热稳定性的影响机制。结果表明,在60~70℃下,加入山梨醇可改善α-L-鼠李糖苷酶的热稳定性;在60、65、70℃条件下,加入1.2 mol/L山梨醇可分别将半衰期提高29、25、10倍;圆二色谱和荧光光谱结果表明山梨醇通过增强α-L-鼠李糖苷酶的表面疏水活性和结构刚性,从而提高其热稳定性。通过探究山梨醇对α-L-鼠李糖苷酶热稳定性的影响,进一步证明山梨醇提高酶热稳定性的普遍适用性,同时为后续α-L-鼠李糖苷酶的工业应用提供了参考。

Klebsiella sp.GXK-1的α-L-鼠李糖苷酶的酶学性质

【目的】克隆、表达克雷伯氏菌Klebsiellasp.GXK-1菌株中的α-L-鼠李糖苷酶基因,并研究重组酶的酶学性质。【方法】比对分析GenBank数据库中克雷伯氏菌同属的α-L-鼠李糖苷酶基因序列,设计简并引物PCR扩增基因的保守区。扩增目的基因,以pSE380为表达载体构建重组质粒pSE-rha1,并在大肠杆菌E.coli XL-blue进行诱导表达,使用镍亲和层析纯化重组蛋白,研究目的蛋白RHA1的酶学性质。【结果】以pNPR为底物,进行重组酶酶学性质的研究。重组酶RHA1的最适pH值和最适温度分别为5.0和45℃,Km值为(0.223±0.030)mmol/L,V_(max)值为(1.272±0.121)μmol/(min·mg)。在pH值为6~10的缓冲液内酶活力仍保持在80%以上;在温度为40℃以下时,酶活较为稳定,但在温度高于40℃时酶活力迅速下降。RHA1能水解pNPR、橙皮苷和芦丁。【结论】RHA1具有良好的pH稳定性,不仅能够水解人工底物pNPR,还能够水解α-1,6键的天然底物橙皮苷和芦丁,具有一定的医疗应用价值。

RACE法克隆黑曲霉NCU-317中α-L-鼠李糖苷酶基因与生物信息学分析

实验室前期筛选得到一株能够产α-L-鼠李糖苷酶的黑曲霉NCU-317,但由于其完整产酶序列未知,通过逆转录聚合酶链式反应(RT-PCR)技术和改良cDNA末端快速扩增(RACE)法,以克隆得到的黑曲霉NCU-317 cDNA为模板,成功克隆得到其α-L-鼠李糖苷酶基因全长。克隆得到α-L-鼠李糖苷酶基因共3 018 bp,其中含有2 748 bp的完整开放阅读框,5’非编码区长为216 bp,3’非编码区长为54 bp。经过对序列的生物信息学分析显示:编码蛋白由915个氨基酸组成,预测理论分子量为103.94 kD,等电点为5.59;蛋白质二级结构以无规则卷曲为主;将氨基酸序列输入UniProt比对后发现,黑曲霉NCU-317的产酶序列与黑曲霉A0A254UAG7同源性最高,达到了99.6%。

源自嗜热菌的α-L-鼠李糖苷酶交联聚集体的制备及应用

研究了一种制备嗜热菌Thermotoga petrophila DSM 13995来源的α-L-鼠李糖苷酶交联聚集体的方法。试验结果表明:在酶蛋白与Pluronic F127质量比为1∶8、沉淀剂硫酸铵质量浓度为75 mg/mL、戊二醛浓度为40 mmol/L时固定α-L-鼠李糖苷酶,酶活回收率可达49.45%。以硫酸铵-戊二醛(CLEA)的常规顺序制备固定化酶(PAG-R)时,酶活回收率仅为30.87%,而在Pluronic F127-硫酸铵-戊二醛(PL-AS-GL)顺序下制备PAG-R,酶活回收率达到60.90%,固定化剩余酶活力为34 U/mL。此外,研究了固定化酶PAG-R的酶学性质,结果表明PAG-R的最适温度为90℃,最适pH为5.0,与游离酶TpeRha的酶学性质相近,但在不同温度和pH条件下PAG-R的比酶活更高。PAG-R在90℃保温3 h后剩余酶活力为77.11%,而游离酶TpeRha则完全丧失活力,说明固定化酶的温度稳定性得到了较大的提升。以芦丁为底物,比较了PAG-R与TpeRha催化芦丁生成异槲皮素的产率差异。在温度80℃、pH 6.5、加酶量4 U/mL、反应时间90 min时,PAG-R能完全转化3 g/L底物,摩尔转化率为100%,产物的生成量是游离酶的2.31倍。连续反应10次后,芦丁相对转化率仍能保持在60%以上,由此可知固定化后的鼠李糖苷酶其催化效率得到了提高,且重复使用性能良好,更有利于工业化应用。

黑曲霉所产α-L-鼠李糖苷酶酶学性质及其在异槲皮素制备上应用

本文前期筛选得到一株产α-L-鼠李糖苷酶的黑曲霉,并利用该酶转化芦丁制备异槲皮素。该黑曲霉在以芦丁作为诱导剂的培养基中生长,对发酵液用70%硫酸铵沉淀,透析得到α-L-鼠李糖苷酶的粗酶液,酶活为798 U/m L,用此酶液对芦丁进行水解制得异槲皮素。采用SDS-PAGE电泳测定粗酶液的酶蛋白分子量为55 k Da,经优化该酶的最适温度为55℃,最适p H为5.5,在此条件芦丁转化45 min后的转化率高达到95%以上。用柱层析处理能得到纯度99%以上的异槲皮素。该酶同样具有良好的热稳定性和高催化活性。本研究可为α-L-鼠李糖苷酶用于天然产物的脱糖基化这一类生物转化提供有效借鉴。

β-葡萄糖苷酶和α-L-鼠李糖苷酶对速溶绿茶粉水溶液香气的影响

速溶茶粉是重要的茶叶深加工产品,酶工程技术是改良速溶茶粉及其加工产品风味的重要途径。为了解β-葡萄糖苷酶和α-L-鼠李糖苷酶对速溶绿茶粉水溶液香气的影响,运用感官检验、气相色谱-质谱联用(GC-MS)、香气强度值(OAV)方法对酶处理前后的速溶绿茶粉水溶液进行分析。感官评价和GC-MS分析发现,速溶绿茶粉水溶液主要呈焦糖香和甜香;β-葡萄糖苷酶处理后花香、甜香和青草香显著增强,焦糖香降低,顺式-3-己烯醇、香叶醇、己醇、水杨酸甲酯和苯甲醛这些重要的挥发性化合物的含量显著增加;α-L-鼠李糖苷酶处理后速溶绿茶粉水溶液中焦糖香显著降低;两种酶结合处理后青草香和甜香进一步增强,顺式-3-己烯醇和水杨酸甲酯的含量进一步增加。OAV分析发现,速溶绿茶粉水溶液主要香气贡献成分为3-甲基丁醛、2-甲基丁醛、2-乙基呋喃、柠檬烯和壬醛;β-葡萄糖苷酶处理后主要香气贡献成分为顺式-3-己烯醇、水杨酸甲酯、香叶醇和癸醛;α-L-鼠李糖苷酶对速溶绿茶粉水溶液各成分的OAV值没有显著影响;两种酶联合处理可进一步增强顺式-3-己烯醇的OAV值。以上研究表明β-葡萄糖苷酶可显著改变速溶绿茶粉水溶液的香气,且α-L-鼠李糖苷酶与β-葡萄糖苷酶对增强速溶绿茶粉水溶液的青草香具有协同增效作用,为改良速溶茶粉加工食品的风味提供了技术参考。