γ-CGTase突变体制备及其产γ-CD条件优化

采用定点突变法将来自Bacillussp.G-825-6的γ-CGTase的211位的酪氨酸突变为亮氨酸,并利用突变体Y211L催化淀粉制备γ-CD,分别研究了底物种类、底物质量分数、反应时间、反应温度、加酶量对γ-CD产率的影响,并在单因素的基础上进行了正交优化,优化后的反应条件为:木薯淀粉质量分数为6%,加酶量为4 U/g,反应温度50℃,反应时间为24 h,在此条件下催化产生γ-CD的产率可达到14%,以总环糊精质量分数为100%计,催化产γ-CD的比率为97%。

棉花内生细菌YUPP-10及其分泌蛋白CGTase对棉花枯萎病的防治作用及机理

【目的】棉花枯萎病(Fusarium wilt)是棉花种植中较为严重的土传病害之一,主要采用化学方法进行防治,但对环境和人畜安全造成一定影响。生物防治因其专一性强、安全性高的特点,成为防治棉花枯萎病的重要途径。本研究旨在获得一株高效拮抗细菌,并明确其防治机理,为棉花枯萎病生物防治提供技术支持。【方法】前期获得一株能够破坏β-1,4糖苷键的棉花内生蜡状芽孢杆菌(Bacillus cereus)YUPP-10,通过平板对峙培养、共培养法和悬滴法分别测试其对棉花枯萎病菌(尖镰孢,Fusarium oxysporum)菌丝生长、产孢和孢子萌发的影响;利用YUPP-10菌液浸种处理,研究其对棉花生物量的影响;以尖镰孢菌土为基质种植棉花,生长1周后,用LB液体培养基培养的YUPP-10制成不同浓度(分别为1×10^(8)、1×10^(7)和1×10^(6) cfu/mL)的生防菌剂灌根处理棉苗,于温室中进行棉花枯萎病的防治效果研究;通过Fosmid文库筛选到了YUPP-10关键抑菌物质为环糊精糖基转移酶(CGTase,EC 2.4.1.19),研究其对尖镰孢菌丝生长、产孢和孢子萌发的影响;利用拟南芥花序侵染法将其转化拟南芥,获得能够稳定表达CGTase的转基因株系,研究转基因拟南芥对枯萎病的抗性,以及在病原胁迫下部分防御基因的转录。【结果】YUPP-10菌株发酵液对尖镰孢菌丝生长、产孢和孢子萌发具有显著的抑制作用,随着发酵液浓度的升高,对尖镰孢产孢量和孢子萌发的抑制率越高,最高抑制率分别为98.41%和51.65%。低浓度的YUPP-10菌液能促进棉花种子发芽、出苗和地上部分的生长。YUPP-10发酵液灌根处理后,棉苗的病情指数和病株率显著降低,其中,1×10^(7) cfu/mL的YUPP-10发酵液对棉花枯萎病的防治效果最高,达到45.11%。YUPP-10菌株的关键抑菌物质CGTase能够水解羧甲基纤维素和葡甘聚糖,表明其具有破坏β-1,4糖苷键的能力,进而检测了其对尖镰孢的抑制效果,结果表明CGTase对尖镰孢的菌丝生长、产孢和孢子萌发具有显著的抑制作用,对产孢和孢子萌发的最高抑制率分别达到62.63%和30.83%。转CGTase的拟南芥提高了对枯萎病的抗性,过表达CGTase的拟南芥在病原胁迫下部分防御基因的转录水平升高。【结论】蜡状芽孢杆菌YUPP-10菌株能抑制尖镰孢的生长、促进棉花部分生物量指标的增长并控制枯萎病的危害,CGTase能够抑制尖镰孢的生长,转CGTase拟南芥对枯萎病的抗性增强。

Batch CGTase Production with Free and Immobilized <i>Bacillus firmus</i>Strain 37 in Bovine Bone Charcoal

The present study aimed to study the batch production of CGTase (cyclomaltodextrin-glucanotransferase) with Bacillus firmus strain 37 free and immobilized in bovine bone charcoal in batch mode and in a fluidized bed batch reactor, respectively. The bovine bone charcoal is an innovative support material for the immobilization of microorganisms’ producers of enzymes and the use of this microbial support allows its reuse to a significant cost reduction of the process. The batch fermentation with free cells was investigated for 96 h and reached a CGTase activity equal to 0.77 U/mL. When the microorganism was immobilized on bovine bone charcoal (7 g) and cultivated in fluidized bed batch reactor with air supplementation (1 volume of air/volume of medium * minute), the same activity could be achieved in 24 h. The results of enzymatic activity achieved show the potential of CGTase production in a short time with Bacillus firmus strain 37 immobilized in bovine bone charcoal matrix and using air supplementation in the production medium.

γ-CGTase酶学性质及产物特异性影响因素

将γ-环糊精葡萄糖基转移酶(γ-CGTase)的特有区域作为判断依据,在美国国家生物信息中心(National Center for Biotechnology Information,NCBI)数据库中,通过序列比对及生物信息学分析,筛选出一种新型基因,并将其克隆表达得到一种酶。利用高效液相色谱-质谱联用进行产物鉴定,表明该酶为γ-CGTase;酶分子质量大约为80 kDa,最适温度50℃,最适pH 10.0;无α-环糊精生成;甲醇、乙醇、环己烷、十二醇激活γ-CGTase活力,异丙醇和正丁醇抑制γ-CGTase活力;反应时间、淀粉质量浓度及乙醇体积分数均会影响γ-CGTase的产物特异性。HPLC结果显示,在10%的乙醇最终体积分数条件下,γ-CGTase催化产物中γ-环糊精的比例由40.11%增加至78.20%,专一性提高了94.96%。该研究提供了一种新型的γ-CGTase,为提高γ-CGTase产物特异性提供研究基础。

超高压对α-CGTase产物专一性的影响

探讨了不同压力、不同温度对于α-CGTase产物专一性的影响,以及高压处理过后反应不同时间产物专一性的变化,确定了超高压作用于α-CGTase后环化反应产物专一性的变化规律。结果表明:在40℃,200 MPa下超高压不仅可显著提高α-CGTase产物专一性,同时保持较高酶活与产物得率。在40℃条件下,不同压力处理α-CGTase,随着压力升高,α-CGTase环化活力逐渐降低,反应产物专一性不断提高;在200 MPa下,不同温度处理α-CGTase,酶环化活力随温度升高而降低,产物专一性随温度升高先升高后降低;此外,高压处理α-CGTase后产物专一性随着反应时间的延长而降低。

分子动力学模拟研究CGTase酶活性区域的热稳定性

环糊精葡萄糖基转移酶(cyclodextrin glycosyltransferase,CGTase,E.C.2.4.1.19)是食品、医药和化妆品等领域中的重要酶。文中通过分子动力学模拟研究了CGTase活性位点区域中分子内非共价键相互作用对蛋白质热稳定性的影响,以及在热压力下这些分子内非共价键相互作用又会如何发生变化。研究发现:在CGTase酶活性区域中分布着较多的盐桥和氢键网络体系,分析盐桥间的距离变化发现这些盐桥对高温具有很好的抗性,同时,高温下盐桥网络又比单个盐桥更加稳定;对该区域中氢键分析,发现随着模拟温度的升高,带电荷氨基酸之间形成的氢键在高温下具有很好的稳定性,同样,高温下氢键网络也比单个氢键更加稳定;通过对非共价键相互作用的分析中发现活性位点两侧的氨基酸残基与酶的热稳定性也有很大的关系。该蛋白酶的热稳定性与非共价键连接的数量、存在形式及形成非共价键相互作用的氨基酸空间位置都息息相关。该结果为用酶工程设计改造环糊精葡萄糖基转移酶热稳定性提供了突变方向,同时,为理解酶蛋白的热稳定机制,结构与功能关系的研究提供有益参考。

提高源自Bacillus circulans 251的β-CGTase对麦芽糖亲和性及其在生产海藻糖中的应用

将B. circulans 251β-CGTase应用于海藻糖制备,海藻糖转化率从50. 4%提高至71. 9%。为进一步提高底物的转化率,运用易错PCR-高通量筛选技术筛选对以麦芽糖为歧化反应受体的亲和性提高的B. circulans 251β-CGTase突变体。利用低底物浓度的96孔板4,6-亚乙基-对硝基苯-α-D-麦芽七糖苷(EPS)显色法,最终筛选得到了一株对麦芽糖亲和性提高的突变体M234I。将野生型β-CGTase和突变体酶M234I进行蛋白质纯化,测定其酶学性质。结果表明,突变体的比活为345. 25U/mg,野生型则为357. 63U/mg;突变体M234I对麦芽糖的K_m为0. 258 2mmol/L,仅为野生型(0. 474 9mmol/L)的54. 4%,对麦芽糖的亲和性显著提高;突变体的最适温度、最适p H较野生型未发生较大变化。以麦芽糊精(DE值16)为底物,将突变体M234I用于多酶复配体系生产海藻糖,酶反应结果表明海藻糖的转化率最高达74. 9%,较野生型β-CGTase提高约3%。

易错PCR技术改造β-环糊精葡萄糖基转移酶的催化特性

β-环糊精是一种环状多糖,可用于改变某些大分子化合物的理化性质,在食品、生物及医药等领域都具有很高的工业应用前景。通过利用β-环糊精葡萄糖基转移酶(β-CGTase),使其作用于淀粉等含有葡萄糖基的多糖化合物,可转化生成β-环糊精。该研究采用易错PCR技术对来源于Paenibacillus campinasensis的β-CGTase进行定向进化,得到酶活力高的突变体,并对突变体进行镍柱亲和纯化与酶学性质分析。实验最终获得了一株突变体Q280L,其酶活力与原始β-CGTase相比提高了42.10%,对β-环糊精的转化率提高了7.60%,最适反应pH值和稳定性均有所变化,底物亲和力提高46.13%。经序列比对及结构分析,发现突变体Q280L与野生β-CGTase相比,第280位氨基酸残基种类以及周围氢键发生变化。该试验结果表明,基于易错PCR技术对β-CGTase基因进行定向进化,可提高酶活力和改善酶学性质,为实现β-环糊精的工业生产提供参考意义。

海藻酸钠固定化环糊精糖基转移酶的研究

通过单因素分析与正交试验设计确定了海藻酸钠包埋固定环糊精葡萄糖基转移酶(CGTase)的最佳条件。即,海藻酸钠7%(终浓度约为2.3%),CaCl_2浓度3%。海藻酸钠体积与酶液体积比1∶2,固定化时间2.5 h。探讨了固定化CGTase的酶学性质,固定化酶的最适pH及最适温度与游离酶相比没有明显变化,pH稳定性及热稳定性的范围均比游离酶要宽。连续使用7批次操作仍保持75%的酶活力,显示出良好的稳定性。

生淀粉生产环糊精的研究

介绍了以马铃薯生淀粉生产环糊精的方法。对生淀粉生产过程中的马铃薯、玉米、木薯生淀粉转化做了比较 ,并对反应条件对转化的影响做了研究。

紫外线和亚硝酸诱变选育高产α-环糊精葡萄糖基转移酶菌株

通过单因素实验,对已筛选出的产酶菌株N1进行诱变处理,结合甲基橙平板筛选和α-环糊精葡萄糖基转移酶(α-CGTase)活力测定,确定了紫外线和亚硝酸的诱变剂量,获得了一株α-CGTase活力较高的菌株B3。实验结果如下:距离20 W紫外灯30 cm,照射100 s,0.25 mol/L的HNO2处理30 min,效果较好。出发菌株N1酶活为0.62 U/mL,经过诱变获得高产菌株B3酶活力是3.76 U/mL,发酵生产的α-CGTase活力比原始菌株提高了506%。经8代稳定性实验,B3的活力稳定在3.760±0.030 U/mL。

产环糊精葡萄糖基转移酶菌株发酵条件的优化

以一株枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)菌株为材料,发酵生产环糊精葡萄糖基转移酶(CGTase)。采用单因素试验考察碳源、氮源、培养温度、初始pH等对酶活力影响,在此基础上设计正交试验优化发酵条件。结果表明,优化的发酵条件为以玉米淀粉作碳源、大豆粉作氮源、pH 6.5、30℃发酵培养36 h,菌株所产CGTase的酶活力可达5 046 U/mL。

谷子淀粉结合域蛋白基因家族序列特征及干旱胁迫响应表达分析

[目的]谷子属于耐旱杂粮作物,但谷子响应干旱胁迫的相关基因分子机制仍不清楚。为了明确谷子干旱胁迫是否与淀粉代谢关键酶基因相关,探索谷子抗旱的分子机制。[方法]运用生物信息学初步分析了谷子该家族基因的基本序列特征、启动子元件预测。构建该基因家族直系同源系统进化树,分析与其他物种同源蛋白的亲缘关系。基于数字基因表达谱数据分析了PEG模拟干旱条件下,该基因家族在谷子抗旱品种‘勾勾母鸡咀’和敏感性品种‘晋汾16’的表达特征。[结果]谷子全基因组调查表明该基因家族有五个成员,暂且命名为SiSBD1、SiSBD2、SiSBD3、SiSBD4和SiSBD5。序列分析表明,该基因家族成员编码的蛋白序列长度范围为360-949个氨基酸残基;蛋白分子量范围为39-108kD,蛋白质等电点为4.18-6.72。启动子元件分析鉴定出与抗旱相关的顺式作用元件,主要包含：与MYB抗旱基因调控相关,与MeJA、ETH、SA、ABA等在抗旱中起重要作用的植物激素相关,与植物防御和非生物胁迫响应相关。系统进化树表明,谷子SiSBD1基因与高粱和玉米同源蛋白SBD聚为一类,谷子SiSBD2基因与玉米SBD2、SBD3基因的聚为一类,其他3个基因归为一类。进一步分析PEG胁迫下谷子淀粉结合域蛋白基因家族表达,结果表明：SiSBD1在抗旱品种‘勾勾母鸡咀’中表达增加,在敏感性品种‘晋汾16’中表达降低,而其他4个基因的表达在这两个品种中均降低。[结论]该研究结果暗示了淀粉代谢关键酶SDB基因家族与干旱胁迫相关,可为谷子抗旱育种提供一定的理论基础。

环糊精的性能、生产及其在食品工业中的应用

本文介绍了环糊精的结构、性能、生产方法及其在食品工业中的应用等。

环糊精系列综述之一 环糊精葡萄糖基转移酶的筛选及其定向改造

环糊精因其特殊性质得到了食品、化妆品、医药等行业的青睐,全球消费量逐年稳步增加。环糊精的巨大需求也使其生产中所必需的环糊精葡萄糖基转移酶(CGT酶,EC 2.4.1.19)成为研究热点。目前,对该酶的研究多集中在作用机制、产物专一性机理等,鲜见从菌株筛选出发的系统性报道。因此,作者从野生CGT酶菌株的筛选出发,立足未来环糊精工业的商业诉求,综述了优质CGT酶获取的多种途径。同时结合国内外对CGT酶的大量研究工作以及我国的资源优势,对该领域未来的研究提出更高的期望。

γ-环状糊精葡萄糖基转移酶产生菌32-3-10产酶条件及酶促反应条件的研究

筛选到一株芽胞杆菌 32 - 3- 10 ,它所产γ -环状糊精葡萄糖基转移酶可以淀粉为底物生成γ -环状糊精 ,对其产酶条件及酶促反应条件进行了研究。

响应面分析法优化β-环糊精的制备工艺

该文对β-环糊精制备工艺用响应面分析法优化进行了研究。结果表明,生产β-环糊精的最佳条件是选取木薯淀粉作为底物,不经过预处理,环状糊精葡萄糖基转移酶添加量是7U/g,环己烷的添加量0.5mL/g,体系CaCl2的浓度是50mmol/L,pH值8.25,温度63.72℃,反应时间9.04h,产率可达51.98%。优化后的生产工艺和传统工艺相比,反应时间缩短了5h,并且产率增高了1.13倍。

响应面法优化多黏芽孢杆菌产α-环糊精葡萄糖基转移酶发酵培养基

为了提高多黏芽孢杆菌YLW-8产α-环糊精葡萄糖基转移酶的能力,对培养基条件进行优化,并利用优化后的培养基条件考察培养时间及不同初始p H对YLW-8产酶的影响。采用Plackett-Burman重要因素筛选实验筛选出影响产酶的3个主要因素:玉米淀粉、麸皮、磷酸氢二钾。在此基础上利用最陡爬坡实验逼近最大响应值区域,最后利用中心组合实验确定主要因子之间的交互作用及最佳条件。结果表明,玉米淀粉1%,硫酸铵0.15%,麸皮1.5%,碳酸钙0.5%,蛋白胨0.5%,磷酸氢二钾0.01%,酵母膏0.4%,硫酸镁0.015%时,α-环糊精葡萄糖基转移酶的酶活为3089.8U/m L,利用该培养基条件培养时间可缩短至3d,初始p H8.0。该条件可以降低染菌的几率,大大减少生产成本,可应用于α-环糊精生产工业。

环糊精制备过程的催化机制及其影响因素

环糊精主要是由环糊精葡萄糖基转移酶(CGT酶,EC 2.4.1.19)作用淀粉制备而得。除受CGT酶的来源及种类的影响之外,影响环糊精产率及产物特异性的因素还有很多,诸如酶作用时间、作用温度、pH、加酶量、添加物、底物种类、底物浓度、原料预处理程度等;此外,这些因素还将影响环糊精的制备工艺过程。然而,目前尚未有环糊精制备过程影响因素的系统报道。作者从环糊精糖基转移酶的催化机理分析入手,阐述影响环糊精产率及产物特异性的影响因素,同时结合环糊精的制备工艺,对环糊精制备相关研究进展进行综述,以期为在环糊精制备相关领域开展研究提供参考。

环糊精葡糖基转移酶法改性甜菊糖的研究

目的:优选环糊精葡糖基转移酶法对甜菊糖进行结构改变的工艺。方法:以甜菊苷酶改转移率为指标,通过对影响酶改性反应的pH、甜菊苷与淀粉的比例、反应温度、反应时间、酶的用量五个因素进行考察,首先确定pH以及甜菊苷与淀粉的比例对转化率的影响,对剩余三个因素采用正交设计考察,筛选了酶改性甜菊苷的最佳工艺。结果:最佳酶改工艺组合为:pH=6,淀粉与甜菊苷的比例为2∶1,反应温度40℃,反应时间24h,酶的用量为60u/g淀粉。结论:该方法能有效对甜菊苷进行酶改,工艺合理且操作简单。