南极假丝酵母脂肪酶B的酿酒酵母表面展示及其催化己酸乙酯的合成

从南极假丝酵母(Candida antarctica)基因组克隆得到南极假丝酵母脂肪酶B(Candida antarctica Lipase B,CALB)全基因片段,利用连接肽celA Linker将CALB与酿酒酵母细胞表面展示蛋白α-凝集素的C端连接融合,构建表面展示载体pICAS-celAL-CALB,转化酵母后获得重组酵母菌Saccharomyces cerevisiae pICAS-celAL-CALB。该重组酵母菌经葡萄糖诱导表达及分析,表明CALB已在酿酒酵母细胞表面成功展示,水解活力达26.26 u/(g·dry cell)。重组酵母菌经冻干能有效地实现在非水相中全细胞催化己酸和乙醇酯化合成己酸乙酯。反应物己酸与乙醇的摩尔比为1:1.25,己酸乙酯的产率为98.0%,具有较好的操作稳定性。

酿酒酵母表面展示南极假丝酵母脂肪酶B的酶学性质研究

本文对酿酒酵母表面展示南极假丝酵母脂肪酶B(Candida antarctica lipase B,CALB)的一般酶学性质进行研究,得出如下结论:酵母表面展示CALB在碱性条件下具有很好的稳定性和水解活性。其水解对硝基苯酚酯的最适反应pH值范围是8.0～8.5,与游离的CALB商品酶相比,向碱性条件偏移。最适反应温度范围是40～45℃。最适反应底物为对硝基苯酚丁酸酯,表现出极为明显的底物特异性。Ca2+、Mg2+对其有明显的激活作用。K+对其有微弱的激活作用。而Co2+、Cu2+对其有明显的抑制作用。本研究为酵母表面展示脂肪酶的应用研究奠定理论基础。

南极假丝酵母脂肪酶B在毕赤酵母的表达及酶学性质研究

为提高南极假丝酵母脂肪酶B（Candida antarcticalipase B,CALB）的表达量,根据毕赤酵母（Pichia pastoris）密码子偏好性设计合成CALB基因,插入表达载体pPIC9K构建重组质粒pPIC9K-CALB.重组质粒转化毕赤酵母GS115,经过G418抗性筛选得到多拷贝转化子.摇瓶发酵120 h后上清液酶活力达到46 U/mL,通过金属螯合层析纯化发酵液将CALB纯化了5.23倍,比活力达到856.7 U/mg,去糖基化实验显示重组CALB比野生型CALB大5 ku.实验考察了不同反应温度、pH值和金属离子对重组CALB活性和稳定性的影响,发现重组CALB最适反应温度和pH分别为30℃和6.5,在pH 5.0~8.0之间以及40℃以下有较好稳定性,金属离子（10 mmol/L）Ca2＋,Zn2＋,Mn2＋有助于CALB酶活力的提高,而Cu2＋,Ag＋,Fe3＋强烈抑制酶催化反应.

南极假丝酵母脂肪酶B在毕赤酵母中的分泌型表达及酶学性质初探

将南极假丝酵母脂肪酶B（CALB）基因克隆到毕赤酵母表达载体pPICZαA（含pAOX1启动子）和pGAPZαA（含pGAP启动子）中,转入毕赤酵母表达宿主KM71H,经三丁酸甘油酯平板活性筛选获得高效表达的酵母工程菌株.分泌型表达CLAB酵母工程菌的酶活较高,经摇瓶发酵96 h后,CLAB活力达到11.1 U/mL.经发酵罐高密度发酵84h后,CLAB活力达到179.2 U/mL,蛋白质量浓度为1.36 mg/mL.体积分数12％SDS-PAGE凝胶电泳显示重组CALB相对分子量为36 kDa.该酶最适温度为40℃,最适pH值为8.0.在pH7.5 -9.5较稳定,经55℃保温1h,残余酶活还有48.5％.5 mmol/L Mg^2＋、Ni^＋、Co^2＋和体积分数0.10％ SDS对CALB酶活影响很小,而Zn2强烈抑制酶催化反应,体积分数0.05％ Triton X-100对CALB稍有激活作用。

表面展示南极假丝酵母脂肪酶B的毕赤酵母FM22发酵培养基响应面优化

FM22培养基以丰富的氮源、较强的适应性等优势,适用于毕赤酵母发酵。为进一步对毕赤酵母发酵表达南极假丝酵母脂肪酶B进行优化,选取培养基中对其影响较大的CaSO4、KH2PO4、(NH4)2SO4、PTM4为自变量,酶活力为响应值。通过单因素试验得自变量最佳值及高低水平,再采用Box-Behnken组合设计方法,模拟二次多项式回归方程的预测模型,研究各自变量及其交互作用对酶活力的影响。最终得到自变量最佳值:KH2PO445.02g/L、(NH4)2SO45.63g/L、CaSO40.46g/L、PTM4 1.63mL/L,酶活力为3214.7U/gDCW,较优化前提高约40%。

脂肪酶B4000和P1000对鲜鲈鱼鱼片的脱脂工艺优化

为解决养殖鲈鱼脂肪含量较高不利于后续加工和贮藏的问题,本文采用脂肪酶B4000和P1000,在室温(20±2)℃条件下对鲜鲈鱼鱼片进行脱脂处理,分析鱼片的脱脂率和蛋白损失率以及感官变化,比较脂肪酶B4000和P1000的脱脂效果,并采用正交实验法优化脂肪酶B4000和P1000复合脱脂工艺。结果表明:脂肪酶B4000对鲜鲈鱼鱼片的脱脂率为46.22%,蛋白损失率为7.19%;脂肪酶P1000的脱脂率为37.74%,蛋白损失率为7.04%,均对鱼片的色泽和完整性无影响。正交实验法优化复合酶最佳脱脂工艺:脂肪酶B4000∶P1000酶浓度比为50 U/m L∶20 U/m L,料液比1∶3(W∶V),室温下脱脂处理60 min,脱脂率达到51.06%,蛋白损失率为8.18%。该脱脂工艺可有效脱除鲜鲈鱼片50%的脂肪,有利于后续产品的加工贮藏和保持产品品质。

南极假丝酵母脂肪酶B的固定化及其在合成维生素A棕榈酸酯中的应用

从10种树脂中筛选出3种固定化效果较好的树脂ECR1030M、LX-1000EP和MC150EP,优化南极假丝酵母脂肪酶B的固定化方法。其物理吸附法固定化的最佳参数为:介质为p H 8.0或6.0的Na_2HPO_4-柠檬酸缓冲液,18 g/L酶液和树脂按20∶1(V/W)比例混合,30℃、180 r/min固定化3 h,应用于维生素A棕榈酸酯合成研究,所得固定化脂肪酶的酯化比酶活分别为1 055.7 U/g(ECR1030M树脂)、1 077.0 U/g(LX-1000EP树脂)和1 024.3 U/g(MC150EP树脂),同时对固定化酶的性质进行了研究,其中,ECR1030M树脂固定化酶表现出更好的操作稳定性,重复使用7个批次反应后,固定化CALB的残余酶活90%以上,维生素A棕榈酸酯的产率达85%以上。

固定化南极假丝酵母脂肪酶B催化合成乳酸乙酯的研究

选择固定化南极假丝酵母脂肪酶B(Candida Antaractic Lipase B)为催化剂(自制)催化合成乳酸乙酯.利用Plackett-Burman及响应曲面(RSM)法优化反应条件,考察摇床转速、反应温度、底物物质的量之比、底物总质量及反应时间对乳酸乙酯产率的影响.Plackett-Burman实验表明:摇床转速、底物总质量以及反应时间是主要影响因素.对该三因素进行五水平的中心组合设计实验,结果表明,在摇床转速为150 r/min,反应温度为50℃,乳酸与无水乙醇的物质的量之比为1∶8,底物总质量为1.24 g,反应时间为24 h时,乳酸乙酯的产率为38.15%.

表面展示南极假丝酵母脂肪酶B的重组毕赤酵母高密度发酵条件优化

以Invitrogen公司提供的毕赤酵母发酵工艺手册为依据,先用摇瓶模拟甘油分批发酵,确定了表面展示南极假丝酵母脂肪酶B(Candida antarcticlipase B,CALB)的毕赤酵母在BSM培养基中生长所需几种重要配方的最佳浓度为:甘油含量40g/L、硫酸铵4g/L、PTM14mL/L和CaSO410mmol/L;然后利用多功能补料摇床确定了菌株最适生长和产酶的pH分别为5.5和7.0,最适生长和产酶温度为30℃;再在2L发酵罐上放大,并对甘油流加模式和甲醇流加模式进行了优化筛选,确定了以9.6mL/(L.h)的流速流加甘油12h能有效提高菌体密度;以6.4mL/(L.h)的流速恒速流加甲醇比恒定溶氧流加甲醇诱导产酶更佳。最终单位菌体酶活力可达348.4U/g,比甘油含量40g/L、硫酸铵10g/L、PTM14.35mL/L、CaSO40.93g/L,以6.4mL/(L.h)的流速流加甘油4h和以恒定溶氧流加甲醇的未优化条件下提高34.8%。最后通过细胞表面荧光强度检测和全细胞催化合成活力对比,发现优化后单位菌体展示的蛋白表达量得到提高。

南极假丝酵母脂肪酶B在黑曲霉中的分泌表达及其硅藻土固定化应用

为提高南极假丝酵母脂肪酶B(Candida antarctica lipase B,CALB)表达量,根据黑曲霉(Aspergillus niger)密码子偏好性设计合成CALB基因,以PnaII/tpi为启动子构建CALB表达载体并转化到黑曲霉HL-1中表达,摇瓶发酵120 h后上清液中重组CALB活力为171 U/mL。研究重组CALB的酶学性质,最适反应温度和pH值分别为50℃和8.0,在pH 6.0~9.0和45℃以下具有较高的稳定性,10 mmol/L Cu2+、Zn2+和0.1 g/100 mL十二烷基硫酸钠强烈抑制酶活力,而1 mmol/L Ca2+、0.1 g/100 mL山梨醇对酶活力具有非常明显的激活作用。此外,以硅藻土为载体固定CALB,固定化酶活力为187 U/g。将制备的硅藻土-CALB固定化酶用于生物合成己酸乙酯,经反应条件优化后在无溶剂体系中己酸乙酯产率达91%。

南极假丝酵母脂肪酶B的修饰与改造

南极假丝酵母脂肪酶B是用途最为广泛的脂肪酶之一,可用于许多有机化合物、医药中间体等的合成。为了改善南极假丝酵母脂肪酶B的催化性能,提高其环境适应性,同时提高蛋白的表达量,降低生产成本,从而使其更适于工业化应用,许多针对酶蛋白分子的修饰及改造方法已在南极假丝酵母脂肪酶B中得到大量应用。本文从化学修饰、理性设计和非理性设计3个方面详细综述了南极假丝酵母脂肪酶B的修饰与改造的关键技术,包括定点突变、蛋白质融合、易错PCR和DNA改组等,同时也介绍了以上技术在改良南极假丝酵母脂肪酶B特性方面的诸多成功实例。

南极假丝酵母脂肪酶B的克隆、表达及发酵条件优化

从原始菌株Candida antarctica ZJB09193出发,将南极假丝酵母脂肪酶B基因克隆至酵母表达载体pPICZαA,重组质粒线性化后导入表达宿主菌X-33,在甲醇诱导下,实现了CALB活性表达。从通气量、搅拌转速、初始pH、接种量和诱导剂量等方面对重组毕赤酵母的上罐发酵条件进行研究,最终确定通气量10 L/min,搅拌速度为800 r/min,初始pH 5.5,接种量10%,诱导剂量3500 mL可以达到较好的产酶量。确定DO为发酵控制的一个重要指标,在正确的溶氧校正下确保DO大于20%。

黑曲霉表面展示南极假丝酵母脂肪酶B催化仲醇动力学拆分

光学活性仲醇是合成多种生物活性化合物的原料和关键中间体,微生物细胞表面展示酶在生物催化和生物转化制备生化产品等方面表现出良好的应用性。研究了黑曲霉表面展示南极假丝酵母脂肪酶B(Candida antarctica lipase B,CALB)制备的全细胞催化剂(AN-CALB)动力学拆分仲醇的催化性能。以2-辛醇作为反应底物,研究了酰基供体、2-辛醇与乙酸异丙烯酯物质的量比、AN-CALB添加量、水活度、温度及溶剂对AN-CALB催化2-辛醇拆分的影响,确定最优反应条件为:以乙酸异丙烯酯为酰基供体、2-辛醇与乙酸异丙烯酯物质的量比1∶1、AN-CALB添加量50 g·L-1、水活度0.11、温度45℃、以甲苯为溶剂,在此条件下,反应12 h的底物转化率达47.4%,eep值为99.6%,E值大于600。在最优反应条件下,AN-CALB对8种仲醇均表现出较好的拆分效果,底物转化率最高接近50%。该研究为仲醇动力学拆分提供了新的催化剂选择。

南极假丝酵母脂肪酶B基因在大肠杆菌中的表达和发酵优化

旨在利用大肠杆菌实现南极假丝酵母脂肪酶B(CALB)基因的高效可溶性表达,并降低生产成本。构建带有不同信号肽的CALB基因表达质粒,转化至不同大肠杆菌宿主中,在摇瓶中进行基础培养基、诱导条件、培养基组成成分和进程曲线的优化。结果显示,带有PelB信号肽的重组菌pET25b-CALB-1/Rosetta(DE3)在20℃下使用0.5%(W/V)乳糖在TY培养基中诱导表达效果最好,优化后的合成培养基成分为1.75%(W/V)山梨醇、2.25%(W/V)鱼蛋白胨、1%(W/V)安琪酵母提取物、0.75%(W/V)Na2HPO4。在摇瓶中诱导60 h后,CALB酶活力最高达到35.67 U/mL,相比于初始发酵酶活力提高了17.77倍,是目前大肠杆菌生产CALB的最高水平。成功地构建了大肠杆菌表达系统,经过系统优化后,CALB的高水平可溶性表达得以实现。

共识序列改造提高南极假丝酵母脂肪酶B的热稳定性

南极假丝酵母脂肪酶B(Candida antarctic lipase B,CALB)对水溶性和非水溶性底物均有良好的催化效率,广泛应用于各种工业领域,例如,生物柴油、对映体酮洛芬、甘油碳酸酯等的合成。为提高CALB热稳定性,将CALB与48条不同来源的脂肪酶序列进行比对获得共识序列,并初步确定了可显著提升CALB保守性的14个突变位点。随后,通过定点突变获得热稳定性显著提升的组合突变体G114A/A284 N(CALBm)。结果显示,与CALB相比,CALBm在50℃下的半衰期(t_(1/2))提高了74.7%,达到14.5 min,但比酶活(16.1 U/mg)和k_(cat)/K_(m)[5932.3 mmol/(L·min)]分别下降了36.3%和23%。分子动力学模拟表明,增加的疏水相互作用(G114 vs M83,G114 vs V84,G114 vs I121)和氢键(A284 vs G41,A284 vs A281)提升了CALBm蛋白分子的整体刚性和稳定性。分子对接分析显示,CALBm与底物分子之间作用力的减少可能是其活性降低的主要原因。研究结果将有助于提升CALB高温条件下的应用效果。

用蛋白质工程技术提取和修饰南极假丝酵母脂肪酶B

从南极假丝酵母中提取的脂肪酶B,具有较高的对应异构体选择性,广泛应用在培养基中,作为不对称有机化学的生物催化剂。近年来,一系列组合蛋白质工程研究和扩展了南极假丝酵母脂肪酶的催化和物理特性。这些工程不但生产出了指定的催化剂,还有助于阐明酶的结构-作用关系,并且有助于说明这些酶的对应异构体选择性。进一步的研究将在工程与酶的关系方面展开讨论。

南极假丝酵母脂肪酶B在制备手性药物中的应用

结合近期国内外的文献,本文详细介绍了南极假丝酵母脂肪酶B(CALB)在手性醇、胺、酸选择性的拆分以及转酯等的应用。利用脂肪酶合成手性药物是药物合成研究的一个重要领域,CALB在一些药物的拆分和合成中表现出了良好的选择性,本文主要综述了其在手性醇、胺、酸选择性拆分以及转酯中的应用,希望能够为手性药物的合成提供方向。

南极假丝酵母脂肪酶B在离子液体/超临界流体体系中的稳定性模拟

脂肪酶在离子液体/超临界流体体系中的结构稳定性是影响其活性的重要因素。本文采用分子动力学方法分别研究了南极假丝酵母脂肪酶B(CALB)在离子液体CYPHOS IL-201/极性超临界流体CHF_3两相体系和离子液体CYPHOS IL-201/非极性超临界流体CO_2两相体系中的结构稳定性,揭示影响CALB结构稳定性的因素。研究结果表明,在超临界CHF_3中,CHF_3破坏蛋白维持α螺旋结构的氢键是蛋白结构不稳定的主要原因;在超临界CO_2中,CALB蛋白的结构紧密性降低,有序二级结构发生了变化,导致稳定性下降。离子液体和两种超临界流体均形成了两相体系,蛋白处于离子液体相中,离子液体不溶于超临界流体,但超临界流体部分进入离子液体相,降低了离子液体相的黏度。其中,相比于CYPHOS IL-201/CO_2体系,CYPHOS IL-201/CHF_3体系的黏度降低多。在离子液体CYPHOS IL-201与超临界流体(CHF_3、CO_2)形成的两相体系中,离子液体CYPHOS IL-201具有保护蛋白结构的作用,使CALB蛋白结构更加稳定。

半理性设计改造南极假丝酵母脂肪酶B催化合成氯乙酰胺

首次报道了固定化CAL-B突变体通过直接酰化的方式催化生成氯乙酰胺。氯乙酰胺在医药工业上主要用于合成长效磺胺B(SMPZ)和酚妥拉明(phentolamine),利用南极假丝酵母脂肪酶B合成氯乙酰胺具有较好的应用前景。针对南极假丝酵母脂肪酶B,采用半理性设计的策略并进行迭代突变,获得酶活提高的突变体Lv-01(A281L/W104A/T159A/I189A/V190A)。与野生型相比,比活性(U/mg)提高了1.76倍,进一步通过固定化提升氯乙酰胺生成效率63.95%。通过Discovery Studio进行分子对接分析了突变体Lv-01相比于野生型催化效率提高的原因,S105、H224与底物氯乙酸的氢氧根脱氢的氧离子相连,由原本的范德瓦耳斯力变成氢键和静电相互作用,促使氯乙酸与铵根离子结合脱去一分子水形成氯乙酰胺。

展示南极假丝酵母脂肪酶B的毕赤酵母全细胞催化合成短链芳香酯

展示酶的酵母细胞作为全细胞催化剂,既具有固定化酶的优点,又有制备简单、成本较低的特点。本研究将细胞表面展示南极假丝酵母脂肪酶B(Candida antarctica lipase B,CALB)的重组毕赤酵母用于非水相中催化合成短链芳香酯,通过滴定和气相色谱的方法测定底物酸的转化率,从底物的碳链长度、醇的结构、酵母冻干粉的添加量、底物浓度及底物的酸醇摩尔比等方面考察了展示CALB的毕赤酵母全细胞催化合成短链芳香酯的特性。研究结果表明:该全细胞催化剂可催化C10以下的酸和醇直接酯化合成多种短链芳香酯,酸的转化率达到90%以上;其中己酸和乙醇为酶的最适底物;酵母冻干粉的添加量20g/L(306.0U/g-drycell)、己酸浓度0.8mol/L、酸醇摩尔比1:1.1是合成己酸乙酯的最佳条件。在此条件下反应1.5h,己酸的转化率达到97.3%。在现有的关于脂肪酶非水相催化合成短链芳香酯的报道中,该全细胞催化剂显示出较好的底物耐受性以及较高的催化反应速率。因此,展示CALB的毕赤酵母全细胞催化剂在合成短链芳香酯方面具有较大的商业化应用潜能。