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L-谷氨酸氧化酶是一种黄素蛋白酶,可以专一性地氧化L-谷氨酸(或L-谷氨酸盐)生成过氧化氢、氨和α-酮戊二酸。α-酮戊二酸可以作为合成氨基酸及肽类药物的前体物质,被广泛应用于化工、医药、食品等领域。目前通过生物转化法生产α-酮戊二酸的研究相对较少,且生产步骤繁琐,生产效率低,因此寻求一步法高效率生产α-酮戊二酸的方法具有很高的工业应用价值。本文通过生物信息学方法筛选得到四株含有谷氨酸氧化酶基因的链霉菌株,并通过显色法进行筛选,选取颜色反应最深的茂原链霉菌(Streptomyces mobaraensis)进行L-谷氨酸氧化酶基因的克隆和表达。将L-谷氨酸氧化酶在大肠杆菌Escherichia coli BL21(DE3)中异源表达,经IPTG诱导及镍柱亲和层析纯化,得到纯化的L-谷氨酸氧化酶,经蛋白胶检测该酶的分子量大小约为64 KDa。通过酶学性质测定,发现该酶的最适反应温度为35℃,最适反应pH为6.0:对L-谷氨酸具有严格的底物特异性;经动力学常数测定,得到该酶的特征常数Km值为9.28±0.47 mmol/L,Vmax为158.98± 3.04 μmol/mg/min。L-谷氨酸氧化酶在异源表达过程中,蛋白表达量偏低。为提高该酶的蛋白表达量,根据大肠杆菌的密码子偏好性,对L-谷氨酸氧化酶的原始核苷酸序列进行了密码子优化,密码优化后其蛋白表达量得到了明显提高。为消除副产物过氧化氢对α-酮戊二酸造成的降解作用,将来源于大肠杆菌Escherichia coli K-12 MG1655的过氧化氢酶KatE基因片段与密码子优化后的L-谷氨酸氧化酶基因片段进行融合,成功构建了共表达重组菌株。以构建成功的共表达重组菌株作为全细胞催化剂,全细胞转化L-谷氨酸(盐)生产α-酮戊二酸,对菌体浓度,底物浓度,转化温度,转化pH以及转化时间等条件进行了优化。当菌体浓度为30 g/L,底物浓度为100 g/L时,40℃,pH 7.5的条件下,转化12 h,α-酮戊二酸的生成量为77.35 g/L,摩尔转化率为98.49%。木方法实现了 α-酮戊二酸的一步法生产,提高了生产效率,节省了生产成本,为α-酮戊二酸的生物法生产提供了一种新途径。