【摘 要】
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葡萄糖异构酶(glucose isomerase,GI)作为消耗量最大、商业化最成功的酶,目前主要采用交联法、包埋法和吸附法进行固定化。为克服传统固定化方法的工艺复杂、成本高等问题,本研究探索了一种新型自固定化技术,即将自固定化融合标签与酶基因通过连接肽连接后导入表达宿主大肠杆菌BL21,经诱导表达获得自固定化包涵体型葡萄糖异构酶。将自固定化酶与经过传统的后固定化方法制备的包涵体型葡萄糖异构酶对比
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葡萄糖异构酶(glucose isomerase,GI)作为消耗量最大、商业化最成功的酶,目前主要采用交联法、包埋法和吸附法进行固定化。为克服传统固定化方法的工艺复杂、成本高等问题,本研究探索了一种新型自固定化技术,即将自固定化融合标签与酶基因通过连接肽连接后导入表达宿主大肠杆菌BL21,经诱导表达获得自固定化包涵体型葡萄糖异构酶。将自固定化酶与经过传统的后固定化方法制备的包涵体型葡萄糖异构酶对比,系统研究两种酶的酶学性质差异,本研究主要研究内容与结果如下:(1)以pET-30a(+)载体、自固定化标签8PD0/1/2、连接肽序列L1/2/3和经密码子优化的GI基因为基本元件,利用酶切连接法构建出3株包涵体型GI工程菌和12株自固定化包涵体型GI工程菌;经诱导表达后,利用超声辅助尿素清洗法纯化重组蛋白,以酶活为第一指标,蛋白含量为第二指标,分别从两类工程菌中各筛选出一株最优菌株:pET-L1-GI和pET-8PD1-L1-GI。(2)以酶活和蛋白含量为指标,优化包涵体型GI工程菌pET-L1-GI的培养条件,最佳参数为:诱导温度为31℃、诱导开始时间为培养5 h时,诱导持续时间为7 h,诱导剂异丙基-β-D-硫代半乳糖苷(IPTG)的终浓度为0.4 mmol/L,超声条件为诱导4 h时超声1 min,重组蛋白的酶活为37.96 U/m L酶液,产量为1723.79μg/m L酶液。(3)以酶活和蛋白含量为指标,优化自固定化包涵体型GI工程菌pET-8PD1-L1-GI诱导温度、诱导开始时间、诱导持续时间、诱导剂浓度、氨基酸种类和超声条件参数,得出结论:在培养基添加终浓度为10 mmol/L的缬氨酸的条件下,培养6 h后加入终浓度为0.6 mmol/L的IPTG,28℃诱导6 h后超声1.5 min后,继续诱导1 h,重组蛋白的酶活为12.01 U/m L酶液,产量为962.23μg/m L酶液。(4)pET-L1-GI的包涵体型GI重复使用性能不佳,利用壳聚糖-戊二醛交联法对其进行后固定并进行条件优化,结果显示:壳聚糖浓度为0.1‰、戊二醛浓度为0.25%、交联p H为8.0和交联时间为2 h时的固定化率(74.78%)和酶活回收率(87.48%)最佳。研究pET-L1-GI后固定化酶与pET-8PD1-L1-GI自固定化酶的基本酶学性质,结果表明:与传统的后固定化酶相比,自固定化酶的最适温度从75℃提高到了80℃,最适p H从10.0下降为9.0;自固定化酶的温度适用范围变小、p H适用范围更广,有更好的温度稳定性和p H稳定性;Mg2+、Co2+和Mn2+3种金属离子对两种酶活均有促进作用,其中Mg2+和Co2+的效果最显著,Ca2+、Zn2+和Ba2+对两种酶活有抑制效果,Cu2+对后固定化酶酶活有促进作用;两种酶的Km值接近表明其对底物有类似的亲和力。在实际模拟应用中,与火龙果汁为底物相比,两种酶在以麦芽糊精水解物为底物的反应中均表现出更好的活性;与后固定化酶相比,自固定化酶具有更优良的催化性能,实际相对酶活分别为后固定化酶酶活的2.1倍(以麦芽糊精水解物为底物)和3.8倍(以火龙果汁为底物)。
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