粘质沙雷氏菌脂肪酶的克隆表达及烟曲霉脂肪酶基因文库的构建

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粘质沙雷氏菌脂肪酶可以立体选择性水解拆分消旋体反式3-(4-甲氧苯基)缩水甘油酸甲酯(MPGM)制备地尔硫卓的中间体(2R,3S)-(-)-3-(4-甲氧苯基)缩水甘油酸甲酯,即(-)-MPGM。本文通过分子生物学手段将粘质沙雷氏菌(Seratiamarcescens)ECU1010脂肪酶基因进行了克隆及可溶性表达优化,研究了重组脂肪酶的相关性质,并对(±)-MPGM进行了手性拆分。此外,本文着手构建了烟曲霉脂肪酶基因文库,这将有利于具有工业应用价值的脂肪酶的筛选和发现。   利用PCR方法克隆了粘质沙雷氏菌ECU1010的胞外脂肪酶基因,用大肠杆菌BL21(DE3)作为宿主菌株,pGEX4T-1/pET-28a(+)作为表达载体,在摇瓶中对重组菌进行了脂肪酶的可溶性表达优化。考察了温度、诱导剂浓度、Ca2+以及诱导时间等因素对重组酶可溶性表达的影响,发现Ca2+是重组脂肪酶活性的限制性因素之一,相对的低温(15℃)可以有效地促进重组酶地可溶性表达,经过优化脂肪酶产量分别可以达到或超过8000U/l和100000U/l。对带有不同融合标签的重组粘质沙雷氏菌脂肪酶进行比较,发现适当大小的融合蛋白有利于脂肪酶的可溶性表达,大分子量的融合蛋白则影响其表达活性,这可能是由于过大的融合蛋白影响了脂肪酶空间结构的正确折叠从而导致酶活降低。   将BL21(DE3)/pGEX-4T-1-lipA和BL21(DE3)/pET-28a-lipA脂肪酶通过亲和层析的方法进行纯化并获得了很好的纯化效果,接着对其性质进行了研究。考察了这两种重组脂肪酶的最适反应温度、温度稳定性、最适反应pH、pH稳定性、金属离子和表面活性剂对酶活的影响,动力学参数以及不同碳链长度的底物特异性等酶学特性。结果表明两种重组脂肪酶的基本性质比较接近,它们对中长链的对硝基苯基酯最为敏感,Ca2+等金属离子和一些非离子型表明活性剂对酶有明显的激活作用。用这两种重组酶对(±)-MPGM进行手性拆分,仅4小时后,相应的转化率分别达到47.3%和50%,ee值分别为89.7%和100%,能够制备获得光学纯的(-)-MPGM。   利用大肠杆菌构建了烟曲霉脂肪酶的基因文库,并从中筛选到了一个对pNPA具有高催化效率的脂肪酶lip1,克隆构建了该脂肪酶重组质粒pET28a-lip1,并实现了在大肠杆菌中的优化表达。研究了该重组脂肪酶相关性质,鉴于该脂肪酶的高活性以及性质方面的优势和不同,需要进一步从结构方面探讨其催化作用机理并着手研究其催化的底物谱,以开发酶的新用途。
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