灵芝染料脱色过氧化物酶基因GlDyP1和GlDyP2的克隆及表达分析

该研究以灵芝(Ganoderma lucidum)ZJ-1菌株为研究对象,通过生物信息学分析和表达分析,探究灵芝染料脱色过氧化物酶(Dye-decolorizing Peroxidase,DyP)基因潜在的作用。该研究克隆得到了灵芝DyP基因GlDyP1和GlDyP2,编码框长度分别为1488 bp和1461 bp,分别编码495和486个氨基酸。通过qRT-PCR分析,GlDyP1和GlDyP2在菌丝阶段的表达量均显著高于其它时期,表明这两个基因有可能在菌丝阶段参与木质纤维素的降解。在不同基质培养和不同染料诱导的条件下,对灵芝GlDyP酶活进行了测定,同时对GlDyP1和GlDyP2进行了表达模式分析。结果显示:在不同基质中培养,木屑中酶活最高,达到7330 U/L;经不同染料诱导,在甲基橙染料诱导下酶活最高,达到1466 U/L;GlDyP1在花生壳中的表达量最高,是木屑的6.5倍;GlDyP2在木屑中的表达量最高,是其余基质的2倍左右;GlDyP1和GlDyP2分别在活性黑5和台盼蓝中的表达水平最高,与对照相比,分别提高了4.8倍和3.7倍。以上结果表明GlDyP可参与灵芝对木质纤维素和染料的降解,为探究灵芝GlDyP的生理功能和开发GlDyP的应用奠定基础。

合成染料与染料脱色过氧化物酶Il-DyP4相互作用的光谱分析

利用紫外-可见吸收光谱法和荧光光谱法,分析蒽醌类染料(reactive blue 19(RB19),reactive blue 4(RB4))、偶氮类染料(reactive violet 5(RV5),reactive black 5(RB5))及底物2,2′-联氮-双(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)二铵盐(ABTS)与染料脱色过氧化物酶Il-DyP4之间的相互作用.紫外-可见吸收光谱法结果表明,Il-DyP4和上述底物之间均形成了复合物;荧光光谱法结果表明,上述底物均使Il-DyP4产生了荧光淬灭效应,且淬灭类型为静态淬灭,符合紫外-可见吸收光谱的结果.根据双对数方程■,计算出RB19,RB4,RV5,RB5,ABTS与Il-DyP4相互作用的表观结合常数(Ka)分别为:9.386 2×10^(4)L·mol^(-1)(298 K),5.615 7×10^(6) L·mol^(-1)(298 K),1.926 2×10^(6) L·mol^(-1)(288 K),5.277 8×10^(5) L·mol^(-1)(298 K),2.234 6×10^(5) L·mol^(-1)(298 K).热力学参数分析结果表明,上述底物与Il-DyP4的结合依赖于疏水相互作用,是自发的吸热过程.

秀珍菇染料脱色过氧化物酶基因的克隆及表达分析

通过对经低温刺激(10℃)和恒温(26℃)培养的秀珍菇菌丝体进行高通量转录组测序,利用生物信息学分析筛选获得秀珍菇染料脱色过氧化物酶全长基因(命名为PpDypA)。为了探究PpDypA在低温刺激后菌丝体中的功能与表达情况,克隆基因后进行生物信息学分析,结果表明该基因全长为1515 bp,编码504个氨基酸,其蛋白相对分子质量约54.8 kDa。氨基酸序列系统进化分析结果显示,染料脱色过氧化物酶家族具有很高的同源性,PpDypA编码蛋白与紫孢侧耳亲缘关系最近。经实时荧光定量PCR检测,该基因在秀珍菇经过低温处理后表达量显著上升,推测其可能经低温诱导表达,促使菌丝体启动抗氧化防御系统缓解低温逆境胁迫,且促进木质素降解从而为原基形成提供营养和能量。

共表达谷氨酰-tRNA还原酶增强染料脱色过氧化物酶在大肠杆菌中的表达活性

染料脱色过氧化物酶(dye-decoloorizing peroxidase,DyP)属于以血红素为辅基的新型过氧化物酶类,常因缺乏辅因子而导致催化活性低。将来源于褐色嗜热裂孢菌(Thermobifida fusca)的染料脱色过氧化物酶基因(TfuDyP)与大肠杆菌谷氨酰-tRNA还原酶基因(hemA),构建重组质粒phemA-DyP,转化至E.coli BL21中进行共表达。分别以2,2-联氮-二(3-乙基苯并噻唑-6-磺酸)二铵盐(ABTS)和顽固性染料活性蓝19(RB19)、溴酚蓝、溴甲酚绿为底物检测TfuDyP的催化活力以及染料脱色效率。结果表明,诱导后的共表达菌株pAD胞内血红素含量为9. 8μmol/L,而单独过表达基因TfuDyP的菌株pD仅为3. 4μmol/L。TfuDyP纯酶的全波长扫描分析表明,在菌株pAD中DyP酶与血红素的结合度相比pD有较大幅度的提升。pAD菌株表达的DyP酶活力较pD菌株提高了110%,酶活力的提高使其在染料脱色应用方面也得到增强。在pAD菌株培养基中分别添加谷氨酸(Glu)、FeCl2使得胞内血红素含量、DyP酶活力和染料脱色效率比未添加时进一步提高。以上结果为TfuDyP的功能开发奠定了基础,同时也为其他血红素依赖性过氧化物酶的研发提供借鉴。

褐色嗜热裂孢菌脱色过氧化物酶的表达及发酵条件优化

为了提高来源于褐色嗜热裂孢菌(Thermobifida fusca)的脱色过氧化物酶(TfuDyP)对蒽醌染料降解能力,将含有目的基因的重组质粒pET-28a(+)-TfuDyP,转化至E.coli BL21进行异源表达,并对重组TfuDyP的发酵条件进行优化,分析酶活与血红素饱和度之间的关系。十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳(sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis,SDS-PAGE)检测到分子质量为46 kDa的重组TfuDyP蛋白条带。TfuDyP的最佳诱导条件为:诱导剂(IPTG)浓度0.3 mmol/L,诱导时间14 h,诱导温度30℃,在此条件下,TfuDyP比酶活达到27.9 U/g。氯高铁血红素、5-氨基乙酰丙酸(5-ALA)、谷氨酸(Glu)、FeCl2、MnCl2均可提高重组TfuDyP的催化活性,酶活的提高与血红素饱和度之间存在一定的正相关性。实验结果可为利用外源添加物提高血红素的饱和度,应用于染料脱色过氧化物酶的工业发酵提供理论依据。

人工脱色过氧化物酶催化降解苋菜红活性研究

以肌红蛋白(Mb)为骨架构建并纯化了三突变体蛋白F43Y/F138W/P88W Mb,双突变体蛋白F43Y/F138W Mb及单突变体蛋白F43Y Mb,并对三个突变体蛋白的苋菜红(amaranth)脱色降解活性进行了研究。催化活性及酶动力学研究结果显示,相比于F43Y/F138W Mb和F43Y Mb,三突变体F43Y/F138W/P88W Mb的苋菜红催化效率最高,这表明色氨酸对人工脱色过氧化物酶的活性起了重要作用。该研究不仅为今后的血红素蛋白设计提供了理论依据,同时也表明人工酶在染料废水处理方面具有潜在的应用价值。

红球菌染料脱色过氧化物酶的异源表达及活性分析

染料脱色过氧化物酶(dye-decolorizing peroxidase,DyP)属于以血红素为辅基的新型过氧化物酶超家族。由于能够降解蒽醌类染料,DyP成为当今绿色经济的研究热点,而染料的有效降解与酶活性密切相关,因此寻求提高酶活性的方法是DyP后续生产应用的关键所在。克隆来自红球菌(Rhodococcus jostii)的染料脱色过氧化物酶基因RhDypB,实现在大肠杆菌Escherichia coli BL21(DE3)中的高效表达,并对提高酶活性的方法进行了研究。利用一步克隆技术构建重组菌株pET24b-DypB/BL21,利用异丙基-β-D-硫代半乳糖苷(isopropyl-β-D-thiogalactopyranoside,IPTG)诱导使蛋白表达,镍柱亲和层析纯化蛋白,比较了外源添加血红素合成前体5-氨基乙酰丙酸(5-aminolevulinic acid,5-ALA)和共表达大肠杆菌血红素合成途径中的谷氨酰-tRNA还原酶基因(hemA)对酶活性的影响。SDS-PAGE显示在40 kDa有明显的目的条带(纯度达到90%),蛋白质量浓度可达100 mg/L。添加5-ALA以及共表达hemA分别使血红素浓度增加至8.9和2.4μmol/L,相应的酶活性提高了102%和93%。RhDypB的可溶性表达与血红素含量的提升,为以血红素作为辅因子的过氧化物酶的相关研究提供依据。