Actinoplanes sp.ZJB03852阿卡波糖结构类似杂质组分形成酶学基础及其发酵控制研究

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阿卡波糖(Acarbose)是一种α-糖苷酶抑制剂,用于治疗非胰岛素依赖型糖尿病,主要通过游动放线菌(Actinoplanes sp.)发酵获得。阿卡波糖通过对肠道内的蔗糖酶、麦芽糖酶和葡萄糖淀粉酶的抑制作用而降低血糖浓度,具有良好的药学性质及安全性,因此得到广泛的应用。Actinoplanes sp.在发酵过程中除了产生阿卡波糖外,还能产生多种含有阿卡维基(acarviosyl)的结构类似物,造成阿卡波糖下游分离困难,影响α-糖苷酶抑制效果。本文通过对阿卡波糖结构类似杂质组分形成的关键酶进行分离纯化并研究酶学性质,找到杂质组分形成所需的关键因素及合适的抑制方法,减少发酵液中杂质组分的含量。首先,用Actinoplanes sp.ZJB03852胞内提取物和胞外提取物催化阿卡波糖与其它寡糖的混合物,LC-MS分析其产物确定了杂质组分C和杂质组分F。进一步确定杂质组分C是在胞内提取物的作用下通过分子内的糖苷转移反应形成的,而杂质组分F是在胞外提取物的作用下将阿卡波糖的阿卡维基部分转移至麦芽三糖上形成的。对于胞内提取物,添加海藻糖对糖苷转移活力有一定的促进作用,而麦芽糖则抑制酶活力;提取物中糖苷转移活力并不随着Actinoplanes sp.ZJB03852培养时间的延长而有所变化;利用等量的麦芽糖和海藻糖替代原始培养基中麦芽糖浆,可以促进糖苷转移活力,而淀粉反之。而对于胞外提取物,随着菌体培养时间的增加,阿卡维基转移酶活力逐渐降低;利用淀粉替代原始发酵液中麦芽糖浆,可以促进阿卡维基转移酶的活力,但不利于发酵液中阿卡波糖的产量。然后,利用Micro-prep DEAE阴离子交换层析、Micro-prep t-Butyl疏水作用层析、UNO-Q阴离子交换整体柱层析从Actinoplanes sp.ZJB03852分离得到糖苷转移酶,比酶活为15.6 U.mg-1,纯化48.8倍,收率为6.9%。酶分子量约为51 kDa。对糖苷转移酶酶学性质研究,得到该酶最适作用温度和pH分别为25℃和7.5,在低于40℃、pH 6.0~7.5保持稳定。Li+对酶活有一定的激活作用,Zn2+、Fe2+、Fe3+以及A13+等对酶活有强烈的抑制作用,井冈霉素衍生物有效霉胺对酶活有较强的抑制作用。该酶的Km和Vmax分别为6.89 g·L-1和46.72 g·h-1。有效霉醇胺、有效霉烯胺和有效霉胺是该糖苷转移酶的竞争性抑制剂,有效霉胺是最有效的抑制剂之一。最后,利用 Micro-prep High Q 阴离子交换层析、Micro-prep t-Butyl疏水作用层析和UNO Q阴离子交换层析对阿卡维基转移酶进行分离纯化,纯化后酶活为8.3 U·mg-1纯化倍数为16.6,收率为17.8%。利用SDS-PAGE的方法,确定酶分子量约为75 kDa。通过对该酶酶学性质研究,结果发现该酶最适作用温度和pH分别为30℃和6.5~8.0,在20℃、pH 6.0~8.0酶活性保持稳定。K+对酶活有一定的激活作用,CO2+、Mg2+、Cu2+、Fe3+、A13+等对阿卡维基酶有明显的抑制作用。
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