集胞藻PCC6803中N-乙酰鸟氨酸转氨酶的生化表征及结构分析

旨在对集胞藻PCC6803中slr1022基因编码的N-乙酰鸟氨酸转氨酶进行生化表征及结构分析,为进一步研究该酶的催化功能及机制奠定理论基础。以集胞藻PCC6803基因组为模板,通过PCR扩增获得slr1022基因,将其连接到表达载体pET-28a上,转化大肠杆菌BL21(DE3)感受态。经IPTG诱导,Ni-NTA亲和层析纯化后获得重组Slr1022蛋白,然后通过紫外分光光度法对Slr1022蛋白的催化功能进行表征,并运用生物信息学软件对该蛋白进行结构分析。成功构建pET28a-slr1022重组表达质粒,并诱导表达重组Slr1022蛋白,SDS-PAGE电泳鉴定该蛋白分子量约为50 kD,与理论大小相符。Slr1022蛋白与底物N-乙酰鸟氨酸的结合常数K_m和最大反应速度V_(max)分别是0.12 mmol/L和0.60 μmol/(L·s),并且Slr1022蛋白与另一底物α-酮戊二酸的K_(m)和V_(max)分别是0.039 mmol/L和0.65 μmol/(L·s)。Slr1022蛋白在pH 8.5时催化活性最强。Slr1022蛋白和其他来源的N-乙酰鸟氨酸转氨酶氨基酸序列有一定的同源性,而且活性位点的氨基酸残基高度保守。成功克隆并表达纯化出Slr1022蛋白,酶学性质和生物信息学研究表明Slr1022蛋白为N-乙酰鸟氨酸转氨酶。

钝齿棒杆菌N-乙酰鸟氨酸转氨酶的克隆表达分析及其重组菌的精氨酸发酵

N-乙酰鸟氨酸转氨酶(EC 2.6.1.11,ACOAT)是钝齿棒杆菌Corynebacterium crenatum精氨酸合成途径中的第4个酶,催化底物N-乙酰谷氨酸半醛生成产物N-乙酰鸟氨酸。为研究N-乙酰鸟氨酸转氨酶在钝齿棒杆菌中精氨酸合成中的作用,考察其酶学性质,对培养基成分和发酵过程工艺条件的优化提高精氨酸产量提供依据。从精氨酸高产菌株钝齿棒杆菌SYPA 5-5染色体扩增获得ACOAT编码基因argD,全长1 176 bp,编码390个氨基酸,在Escherichia coli BL21(DE3)及C.crenatum SYPA中成功表达。采用Ni柱亲和层析纯化后获得的重组蛋白比酶活达108.2 U/g,对其部分酶学性质进行初步研究。构建重组钝齿棒杆菌C.crenatum SYPA(pJCtac-CcargD),加强精氨酸合成途径ACOAT蛋白表达量,对重组菌产精氨酸进行初步发酵分析。多次发酵结果表明重组钝齿棒杆菌与出发菌株相比胞内ACOAT酶活得以增强;重组菌CCD1精氨酸平均产量为39.7 g/L,产酸提高14.7%。结果还表明在重组菌发酵精氨酸的同时不仅ACOAT得到了加强表达,同时还提高了重组菌在发酵过程中菌体自身的氧利用率。

重组N-乙酰鸟氨酸脱乙酰基酶的表达、纯化和复性研究

报道重组N-乙酰鸟氨酸脱乙酰基酶(NAOase)的研究进展。重组NAOase由大肠杆菌argE基因编码,在重组菌BL21(DE3)-pET22b-argE中的表达量为32.5%,大多以无活性的包涵体存在。低温诱导可增大有活性的可溶表达部分的比例。可溶性NAOase经Ni-NTA凝胶亲和纯化后得到SDS-PAGE电泳纯的酶,比酶活为1193.2u/mg蛋白。诱导条件影响整菌蛋白的成分及比例。37℃诱导生成的包涵体经尿素梯度洗涤后纯度较22℃高。低的蛋白浓度和合适的氧化还原体系是影响复性的关键因素。稀释法和透析法皆可使包涵体部分复性。在合适的条件下以稀释法复性时,约有17.78%包涵体可顺利复活。包涵体经尿素洗涤、溶解、Ni-NTA凝胶柱亲和纯化后,获得了高纯度的NAOase。

重组N-乙酰鸟氨酸脱乙酰基酶的高效表达与纯化

利用质粒pET-22b（＋）为表达载体，成功构建了高效表达N-乙酰鸟氨酸脱乙酰基酶的基因工程菌BL21-pET-22b（＋）-argE。研究了该菌的最适超声破壁条件及硫酸铵分级沉淀的最适范围，并以金属螯合亲和层析法纯化含有6-His-Tag的目的蛋白。结果表明：26℃诱导表达的菌体，最佳超声破碎条件为功率200W，超声时间为15min；目的蛋白主要存在于40％-50％硫酸铵沉淀中。通过Ni-NTA亲和层析柱纯化目的蛋白，可以达到SDS-PAGE电泳纯，并显示单亚基相对分子质量为43000。纯化倍数为139倍，回收率为11．1％。

金属离子对重组N-乙酰鸟氨酸脱乙酰基酶可溶部分酶活力的影响

重组N-乙酰鸟氨酸脱乙酰基酶可在重组菌BL21-pET22b-argE中高效表达,大多以不可溶的包涵体形式存在。文中研究了金属离子浓度及添加时间对该菌生长及可溶表达部分酶活力的影响。结果表明,1.0g/L的Mg2+对生物量和酶活有明显促进作用。Co2+的浓度及添加时间不同,对菌的生长及酶活力的影响结果也不同。培养起始加入Co2+会抑制菌的生长及酶活,而在1.0%乳糖诱导2.5h后加入则可解除生长抑制并促进酶活。Ni2+,Cu2+会抑制菌体的生长及酶活。Mn2+、Mo2+和B3+不影响菌的生长,对酶活有促进作用。添加金属离子后,酶活从16.90U/mL提高到251.91U/mL。

N-乙酰鸟氨酸脱酰基酶的生物信息学分析

[目的]对ArgE蛋白的结构和功能进行初步预测。[方法]以在GenBank上查找到的若干微生物N-乙酰鸟氨酸脱酰基酶基因序列为分析对象,以ArgE(P23908)为研究对象,利用生物信息学在线软件ORF finder、ProtParam和Protscale等对ArgE编码的蛋白N-乙酰鸟氨酸脱酰基酶的二级结构和特殊结构、序列同源性、结构域及功能位点进行了初步预测。[结果]ArgE蛋白是一种酸性可溶性蛋白,理论等电点为5.54,分子量为42 347.3,无信号肽,为非分泌蛋白,有多个磷酸化位点。蛋白中存在α螺旋、β-折叠和无规则卷曲结构,有2个可形成跨膜结构的片段,不存在卷曲螺旋,也无线粒体定位信号。ArgE蛋白与CBPG、DAPE、ACY1、YSCS几种蛋白具有较高的相似性。[结论]该研究可为ArgE蛋白的结构和功能的实验研究提供理论依据。

重组N-乙酰鸟氨酸脱酰基酶的表达条件优化

N-乙酰鸟氨酸脱酰基酶(N-acetylornithine deacetylase,NAOase)为新型氨基酸拆分酶,可在重组菌BL21(DE3)-pET22b-argE中胞内诱导表达。为降低生产成本并提高酶活,优化了培养基成分及诱导条件。结果表明,进口的蛋白胨和酵母膏明显优于国产原料。5.0g/L的乳糖可以代替昂贵的IPTG(isopropy1β-D-1-Thiogalacto pyranoside,异丙基β-D硫代半乳糖苷)起到有效的诱导效果。最佳碳源为1.0g/L甘油,氮源为15.0ml/L玉米浆和5.0g/L蛋白胨。NAOase大多以不可溶的包涵体形式表达,少量为可溶的活性表达。降低诱导温度可增大活性表达的比例,而整菌表达量也随之降低。22℃诱导10h为活性表达的最适条件,生物量为6.91,酶活为392.65U/ml,分别为优化前的1.65倍和5.72倍。

N-乙酰鸟氨酸脱酰基酶活性位点的构成研究

目的:用生物信息学软件预测出N-乙酰鸟氨酸脱酰基酶的活性中心的金属离子结合位点。方法:选用DEPC、WRK、PMSF、NBS、DTNB 5种化学试剂选择性修饰N-乙酰鸟氨酸脱酰基酶中组氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、丝氨酸、色氨酸和半胱氨酸;同时考察Co^(2+)、Fe^(3+)、Mg^(2+)、Mn^(2+)、Zn^(2+)、Ni^(2+)、Cu^(2+)等金属离子对酶活性的影响。结果:在DEPC、WRK修饰后,酶的活力明显下降,而PMSF、NBS、DTNB对酶的活力影响不大;说明组氨酸和酸性氨基酸为酶活性中心的必需氨基酸,而丝氨酸残基、色氨酸残基、半胱氨酸残基不参与酶活性中心的组成;Co^(2+)对酶反应有促进作用,验证了生物信息学的预测结果;底物N-乙酰-D,L-蛋氨酸对酶有较好的保护作用,保护作用随浓度增加而增加。结论:本研究为深入研究酶结构与功能的关系提供实验依据,为N-乙酰鸟氨酸脱酰基酶的工业应用提供理论参考。

重组氨基酰化酶1与N-乙酰鸟氨酸脱乙酰酶酶学性质比较

利用基因工程手段重组表达了牛肾来源的氨基酰化酶1(ACY1),并与实验室之前构建的N-乙酰鸟氨酸脱乙酰酶(NAO)进行比较,以N-乙酰-DL-蛋氨酸为底物,研究了其酶学性质,考察了pH、温度、反应时间、表面活性剂、金属离子等因素对拆分DL-蛋氨酸的影响。结果表明,重组NAO和ACY1拆分300 mmol/L的N-乙酰-DL-蛋氨酸所需时间分别是2 h和6 h;重组NAO的酶活及N-乙酰-L-蛋氨酸的转化率分别为1 139.41 U/g和98%,高于重组ACY1的671.24 U/g和58.78%,约是重组ACY1的1.7倍。

重组N-乙酰鸟氨酸脱乙酰基酶包涵体的稀释复性

N-乙酰鸟氨酸脱乙酰基酶(N-Acetylornithine deacetylase,NAO)是一种重要的用于手性拆分的酶,具有广泛的底物选择性,常用于多种活性氨基酸的酶法拆分。采用稀释复性法研究了重组NAO包涵体的复性条件,如蛋白浓度、复性液中尿素浓度、pH、GSH浓度及c(GSH)/c(GSSG)比例,同时对稀释操作方式进行了考察,得到了较为适宜的复性条件。结果表明,尿素能有效抑制复性过程中蛋白质的聚集,随着蛋白质浓度的增加,复性效果变差。当复性缓冲液中尿素浓度为2 mol/L,GSH浓度为5 mmol/L,c(GSH)/c(GSSG)为2.5,pH为8.5,在4℃下进行分批稀释复性操作,复性后重组NAO的活性为1.077 U/mL,比酶活达到14.943 U/mg,与可溶性表达的NAO比较,复性率达到21.48%。

重组N-乙酰鸟氨酸脱乙酰基酶包涵体蛋白的柱上复性

N-乙酰鸟氨酸脱乙酰基酶(NAO)具有广泛的底物选择性,可用于多种活性氨基酸的酶法拆分,具有广阔的工业应用前景。文中采用多种洗涤剂对重组N-乙酰鸟氨酸脱乙酰基酶包涵体进行洗涤去杂,并用DEAE Sepharose Fast Flow层析柱和三缓冲体系作为复性系统对重组N-乙酰鸟氨酸脱乙酰基酶包涵体进行复性实验。结果表明,4mol/L尿素与0.5%Triton X-100联合洗涤可以大量去除杂质;三缓冲体系能有效地实现重组N-乙酰鸟氨酸脱乙酰基酶包涵体的柱上复性。在流速为0.5 mL/min,尿素梯度为21 mL,尿素终浓度为1.8mol/L,蛋白质上样量为0.99 mg的实验条件下,蛋白回收率和复性酶比活分别达到52%和10.27 U/mg。

采用pHsh载体克隆与表达N-乙酰鸟氨酸脱乙酰基酶基因

利用质粒pHsh为表达载体,构建高效表达N-乙酰鸟氨酸脱乙酰基酶的基因工程菌E.coli DH10B/argE-pHsh。为提高酶活并降低生产成本,优化了诱导条件。结果表明:NAOase可在pHsh系统中高活性表达,诱导起始OD600为0.6,在空气摇床中42℃热激诱导5 h重组菌比酶活达到152 U/mL。

固定化N-乙酰鸟氨酸脱酰基酶拆分消旋蛋氨酸

基因工程菌BL21/pET22b-argE可高效表达N-乙酰鸟氨酸脱酰基酶。将含酶细胞包埋于海藻酸钙凝胶中制成固定化细胞酶,用于消旋蛋氨酸的拆分,并将其拆分能力、拆分速度及操作稳定性与游离细胞酶相比较。结果表明:单批次转化固定化细胞酶的拆分能力和游离细胞酶相近,拆分速度较慢;但多批次转化的操作稳定性显著高于游离细胞酶。重复利用8次后的固定化细胞酶仍保有95%以上的酶活力,重复利用5次后的游离细胞酶活已降至20%左右。每克湿菌泥在游离和固定化条件下重复拆分产L-蛋氨酸的量分别为74.16mmol和241.93mmol。酶拆分液中的L-蛋氨酸经重结晶后光学纯度为98.3%。固定化细胞酶比游离细胞酶更具有工业化应用的潜质。

N-乙酰半胱氨酸对TACE肝癌患者凝血酶原、胆红素和谷丙转氨酶的影响

目的观察N-乙酰半胱氨酸(NAC)对肝动脉化疗栓塞术(TACE)肝癌患者脱γ-羧基凝血酶原(DCP)、总胆红素(TBil)和谷丙转氨酶(ALT)的影响。方法纳入2016年1月至2018年1月于我院收治的60例TACE肝癌患者为研究对象,按照抽签随机方法分为两组,各30例,其中对照组予以常规护肝治疗,观察组在此基础上予以NAC治疗。对比两组治疗前后DCP及氧化应激指标丙二醛(MDA)、超氧化物歧化酶(SOD)水平,并分析治疗前后TBil、ALT及谷草转氨酶(AST)、清蛋白(ALB)水平。结果观察组治疗后DCP、MDA水平显著低于治疗前及对照组治疗后(P<0.05),SOD水平显著高于治疗前及对照组治疗后(P<0.05)。观察组治疗后TBil、ALT、AST水平较术前均无统计学意义(P>0.05),但均显著低于对照组治疗后(P<0.05);观察组治疗后ALB水平较治疗前及对照组治疗后均无统计学意义(P>0.05)。结论 NAC能减轻TACE肝癌患者脂质过氧化反应,改善肝功能。

固定化N-乙酰鸟氨酸脱酰基酶拆分消旋蛋氨酸

基因工程菌BL21/pET22b-argE可高效表达N-乙酰鸟氨酸脱酰基酶。将含酶细胞包埋于海藻酸钙凝胶中制成固定化细胞酶,用于消旋蛋氨酸的拆分,并将其拆分能力、拆分速度及操作稳定性与游离细胞酶相比较。结果表明：单批次转化固定化细胞酶的拆分能力和游离细胞酶相近,拆分速度较慢;但多批次转化的操作稳定性显著高于游离细胞酶。重复利用8次后的固定化细胞酶仍保有95%以上的酶活力,重复利用5次后的游离细胞酶活已降至20%左右。每克湿菌泥在游离和固定化条件下重复拆分产L-蛋氨酸的量分别为74.16mmol和241.93mmol。酶拆分液中的L-蛋氨酸经重结晶后光学纯度为98.3%。固定化细胞酶比游离细胞酶更具有工业化应用的潜质。

酶法拆分N-乙酰-D,L-蛋氨酸转化条件优化

重组大肠杆菌BL21/pET22b-argE表达的N-乙酰鸟氨酸脱酰基酶(NAOase)可用于脂肪族氨基酸的手性拆分,水解N-乙酰-D,L-氨基酸中的L-型底物,N-乙酰-D,L-蛋氨酸为其最合适的底物。为了确定NAOase拆分N-乙酰-D,L-蛋氨酸合适的转化条件,考察了反应温度、pH值、Co^(2+)浓度、转化时间、底物浓度和加酶量对产物的影响。结果表明,合适的反应条件为37℃,pH值7.0,Co^(2+1) mmol/L,转化时间20 min,底物浓度150 mmol/L,菌泥5 g/L。在上述反应条件下,N-乙酰-D,L-蛋氨酸的转化率可达81.4%。

钝齿棒杆菌中异源表达N-乙酰鸟氨酸脱乙酰基酶合成L-鸟氨酸的研究

目的：对一株产鸟氨酸的钝齿棒杆菌Corynebacterium crenatum SYPA5-5/△proB/△argF（SYPO-1）进行代谢工程改造,筛选不同细菌来源的N-乙酰鸟氨酸脱乙酰基酶在大肠杆菌中克隆与表达,纯化后对其进行酶学性质的比较;将黏质沙雷氏菌Serratia marcescens Y213来源的Smarg E基因编码的N-乙酰鸟氨酸脱乙酰基酶在L-鸟氨酸生产菌株C.crenatum SYPO-1中过量表达,进一步提高L-鸟氨酸的产量。方法：通过利用pDXW10穿梭质粒对不同来源的N-乙酰鸟氨酸脱乙酰化酶进行克隆表达和酶学性质比较,选择性质最优来源的N-乙酰鸟氨酸脱乙酰基酶编码基因Smarg E在产L-鸟氨酸重组钝齿棒杆菌中表达,考察重组菌株发酵过程中参数的变化。结果：来源于S.marcescens Y213的N-乙酰鸟氨酸脱乙酰基酶比酶活最高为798.98U/mg,最适pH为7,最适温度为37℃,0.1mmol/L的Mg^（2＋）、Li^＋、Mn^（2＋）促进酶的比酶活提高了50%;在钝齿棒杆菌中表达N-乙酰鸟氨酸脱乙酰基酶酶活达到128.4U/ml,显著提高了钝齿棒杆菌中胞内乙酰基循环水平;5L发酵罐发酵重组菌株96h,L-鸟氨酸的产量达到38.5g/L,比出发菌株,L-鸟氨酸的产量提高了33.2%,产率达0.401g/（L·h）。结论：筛选出最佳来源的N-乙酰鸟氨酸脱乙酰基酶,在鸟氨酸生产菌株C.crenatum（SYPO-1）中过量表达,可以促进鸟氨酸的前体物质N-乙酰鸟氨酸的快速消耗,实现鸟氨酸的积累。

表达条件对金属激活酶NAOase离子依赖的活性分析

N-乙酰鸟氨酸脱酰基酶为一种新型手性拆分酶制剂,酶活性依赖于Mg2+、Mn2+、Zn2+及Co2+中的某种金属离子。以高表达NAOase的重组菌DH10B/argE-pHsh为研究对象,考察不同培养条件下Mg2+、Mn2+、Zn2+及Co2+4种离子对重组菌的生长、酶的表达活性及表达量的影响。结果发现:同种离子在不同条件下对重组菌的生长影响不大,但对酶活性影响显著。4种离子在合适浓度时皆能提高酶活性,促进强度从高到低依次为Mn2+、Mg2+、Co2+和Zn2+。在TB培养基中,Mn2+为15 mmol/L时:NAOase比酶活达到1 272.7 U/mL,是未添加时的4.67倍,激活作用显著高于其他离子。SDS-PAGE电泳实验表明4种离子的蛋白表达量基本相同。

重组菌BL21/pET22b-argE固定化条件研究

研究了基因工程菌BL21/pET22b-argE固定化条件。最适包埋材料为海藻酸钙,优化后的包埋条件为海藻酸钠20g.L-1(含有12 g.L-1菌液)滴至2%CaCl2溶液中,固定化16 h。固定化细胞酶拆分蛋氨酸的速率比游离细胞酶慢,但其终极拆分能力与游离细胞酶相当。固定化细胞酶反复利用8批时酶活仍保持在95%以上,具有很好的工业应用优势。

钝齿棒杆菌argR基因克隆、表达及其重组菌发酵产精氨酸的探讨

目的探讨N-乙酰鸟氨酸的转氨酶于钝齿棒杆菌当中,其精氨酸合成环节所起到的作用,并验证其酶学性质,从而为优化提高培养基的成分,以及发酵过程的工艺条件,和精氨酸的产量提供理论及实验依据。方法于精氨酸的高产菌株中,使其钝齿棒杆菌的染色体(SYPA5-5)扩增,从而获取ACOAT的编码基因-argD,其全长为1176bp,编码氨基酸为390个,均于C.crenatum SYPA与Escherichia coli BL21(DE3)上成功表达。选择Ni柱进行亲和层析并纯化后,能够得到重组的蛋白比酶活可达到108.2U/g,并研究其酶学性质。再构建重组的钝齿棒杆菌,以加强其精氨酸的合成途径中ACOAT的蛋白表达量,同时对重组的菌产精氨酸予以发酵分析。结果重组的钝齿棒杆菌同出发菌株进行对比,其胞内的ACOAT的酶活得到增强;并且重组菌中CCD1其精氨酸的平均产量达到了39.7g/L,其产酸最终提高了14.7%。结论通过研究,不仅对高产精氨酸其重组基因菌工程的构建提供以理论依据,而且还具有非常重要的指导意义。