南极假丝酵母脂肪酶B在黑曲霉中的分泌表达及硅藻土固定化应用研究

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南极假丝酵母脂肪酶B(Candida antarctica lipase B,CALB)具有非常强的区域、立体选择性和广泛的底物特异性,无论是在水相还是有机相均能发挥极高的催化活性,因此在对映体拆分、药物成分制备、有机合成等领域具有重要的应用。但是目前CALB商品酶价格昂贵,使其大规模应用成本较高,CALB重组表达水平也难以有效降低应用成本。本研究基于黑曲霉完善的蛋白修饰系统和强大的胞外蛋白分泌能力,将CALB基因整合到黑曲霉基因组中进行重组表达,筛选出了一株高酶活的CALB基因工程菌,对重组CALB的酶学性质和菌株生长性能进行了研究,并以硅藻土为载体制备了硅藻土-CALB固定化酶,研究了其在己酸乙酯合成中的反应条件。主要研究结果如下:(1)CALB在黑曲霉中的重组表达及重组菌生长性能研究:分别以PglaA和PnaII/tpi为启动子,构建PglaA-CALB和PnaII/tpi-CALB两种CALB表达载体并转化到黑曲霉中,筛选到了一株以PnaII/tpi为启动子的CALB高酶活黑曲霉转化株LB3ang02E(CALB)-2,其摇瓶发酵至72 h时酶活最高,为117 U/mL。对该菌株的生长性能研究发现,在传统发酵培养基的基础上添加2%葡萄糖可使酶活提高至171 U/mL,活力提高了46%。(2)重组CALB的纯化及酶学性质:通过镍柱亲和层析对重组CALB进行纯化,纯化后比酶活为32 U/mg,纯化倍数为6.4倍,经SDS-PAGE分析发现该重组CALB分子量为33 kDa,与文献报道的理论值一致。重组CALB最适反应温度为50℃,最适反应pH为8.0,在温度不超过45℃及pH为6.09.0范围内稳定性较高,CALB酶活性受10 mmol/L Cu2+、Zn2+和0.1%(w/v)SDS强烈抑制,而能被1 mmol/L Ca2+、0.1%(w/v)山梨醇强烈激活。(3)CALB的硅藻土固定化及固定化酶在酯合成中的应用:1 g硅藻土在50 mL CALB粗酶液体系中最佳固定条件为给酶量70 U/mL,温度40℃,pH 7.58.0,固定时间3 h,该条件下可制备出活力为187 U/g的固定化酶。将固定化酶在无溶剂体系中催化乙醇和己酸反应合成己酸乙酯,最佳反应条件为酸醇摩尔比1:1,起始含水量占己酸摩尔量的10%50%,固定化酶用量1.2 g,反应温度50℃,该条件下己酸乙酯产率在4 h内达到了91%。对该固定化酶的操作稳定性进行测试发现,重复使用三次后固定化酶活力保持在80%以上。综上所述,本研究利用黑曲霉表达系统获得了一株高效表达重组CALB的工程菌株,构建了硅藻土-CALB固定化体系,完成了固定化酶在无溶剂体系中的酯化反应,为提高CALB的重组表达水平及其应用提供了数据支持。
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