Bacillus amyloliquefaciens DC-12细胞色素P450基因克隆表达、发酵条件优化及酶学性质研究

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细胞色素P450(cytochrome P450、CYP450或简称P450)是一类血红素蛋白超家族末端单加氧酶。CYP450普遍存在在人、动物、植物和微生物细胞内。CYP450得名的原因是其在还原状态下能与CO结合,形成的复合物在450nm处有最大的吸收峰。CYP450是生物界最具催化作用的催化剂,催化内源性物质和外源性物质的代谢。CYP450既可催化的氧化反应有可催化还原反应。CYP450就可通过这些反应将难降解物质转变为可降解物质。CYP450在修复和治理环境污染物方面的应用是近年来的一个研究热点。本研究是以实验室保存的一株野生型解淀粉芽孢杆菌DC-12(Bacillus amyloliquefaciens DC-12)为出发菌株。对该基因组中的CYP450基因进行序列分析,克隆表达出有活性的蛋白。以此为基础,进行了发酵条件单因素优化、粗酶液的酶学性质研究以及CYP450基因缺失株的初步探索。对NCBI数据库DC-12全基因组(GI:410720199)Scaffold1中的CYP450基因进行氨基酸序列预测与分析。成功构建了克隆载体p MD19-T-CYP和表达载体p ET22b(+)-CYP,转化E.coli BL21(DE3)。经Ni2+亲和层析柱纯化获得纯度较高的CYP450蛋白。SDS-PAGE蛋白电泳显示约44 KDa处有很浓的一条带。利用单因素优化实验进行发酵条件的优化。最佳的培养条件为:添加0.8mmol/L IPTG、诱导温度为20℃、诱导培养16-24 h,CYP450酶能够较高的活性表达量。酶活性表达量达2.715706±0.017657 U1/m L,提高了16.62倍。在四种特异性氧化酶底物中,只有对硝基苯甲醚(去甲基化作用)和7-乙氧基香豆素(去乙基化作用)显示有酶活性,而对苄非他明(去丙基化作用)和甲氧试卤灵(脱甲基化)没有显示酶活性;最适p H为7.6,p H大于9.5或者小于4.5时,酶活性较低,特别在p H大于7.6时酶活性下降较快;最适温度为30-35℃,温度小于45℃或者小于25℃时,CYP450酶活性较低。PNOD法测定酶活性结果:Ca2+、Fe2+、Zn2+、Co2+均对CYP450有不同程度的抑制作用,尤其离子浓度较高时(50mmol/L)酶活力100%抑制。而添加较高浓度的Mn2+、Mg2+、NH41+时,对酶活性有微弱的促进作用。阳离子表面活性剂抑制CYP450酶的酶活力,且浓度越大,抑制作用越强。阴离子表面活性剂浓度低于0.007g/L呈现微弱的促进作用,但随着浓度的增大,开始呈现出抑制作用。且浓度达到0.09g/L时,CYP450酶活力被100%抑制;非离子表面活性剂浓度低于0.4g/L时对CYP450酶活力有微弱的促进作用,但随着浓度的增大,开始呈现出抑制作用。且浓度达到5g/L时,酶活力被100%抑制。ECOD法测定酶活性结果:Mn2+、NH4+、Zn2+在浓度为0.1mmol/L、1mmol/L时对CYP450酶活力有微弱的促进作用,但随着离子浓度的增大,对CYP450酶活性呈现抑制作用。阳离子表面活性剂的浓度小于0.03g/L对CYP450酶活力有促进作用,大于0.03g/L对酶活力有抑制作用;阴离子表面活性剂浓度在0.004-0.1g/L范围内,对CYP450酶活力呈现抑制作用;非离子表面活性剂在低浓度0.1-0.8g/L时,对CYP450酶呈现促进作用,但在高浓度0.8-5g/L时,对CYP450酶呈现抑制作用。经重叠PCR的方法将左右臂连接,得到完整的同源臂片段。将构建好的基因缺失质粒转化至E.coli JM110菌株中去甲基化。拟采用电转化的方法转化野生型解淀粉芽孢杆菌DC-12中。
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