大肠杆菌植酸酶的定点突变及其热稳定性

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植酸酶是酸性磷酸化酶的一种,可将有机磷水解为肌醇和无机磷。植酸酶作为添加剂,应用于养殖、食品加工和医药生产中。尤其广泛的用于添加到动物饲料中,提高饲料中磷的利用率,提高动物的生产性能,减轻动物高磷粪便所导致的环境的磷污染。巴斯德毕赤酵母(Pichia pastoris)表达系统是80年代开发的一种外源蛋白表达系统,具有操作难度低,易于培养,生长速度快,表达量高,成本低等方面的优点,在外源蛋白的表达方面具有独特的优势,被广泛用于医药生产和科学研究。本研究以来源于大肠杆菌的植酸酶基因为实验材料,采用定点突变的方法,通过对密码子优化后的植酸酶基因appAm进一步突变,转化毕赤酵母,通过比较各菌株产植酸酶的性质,筛选热稳定性好的植酸酶基因工程菌。主要内容包括:  ⑴运用生物化学和分子生物学的相关知识,确定了6个突变位点并设计了6对分别含有6个突变位点的互补引物。将连接在pGEM-T-easy载体上的appAm基因进行单突变和叠加突变。以pPIC9为穿梭载体,通过LiC1转化方法,将各个突变体基因转化到毕赤酵母GS115菌株中。通过SDS-PAGE和酶活检测的方法,筛选出分别含有不同突变位点的6个阳性重组菌株(M1,K24E,K43E,C2,M2,M4)。  ⑵对突变前的APPA及其6个突变体的蛋白纯化方法进行了优化,在经过硫酸铵沉淀,离子交换吸附色谱,葡聚糖凝胶色谱三步纯化后,粗酶液中的色素和DNA等杂质已经基本去除,得到纯度较高的蛋白,可进行下一步的功能分析。  ⑶通过钼蓝法对各个纯化后的植酸酶进行酶活测定,确定各个突变体蛋白的最适温度和耐热性、最适pH和pH稳定性、Km、Vm等。结果表明:突变体M2和M4的最适反应温度提高了5℃,为65℃;突变体K24E的最适pH减小了0.5,为4.0;除C2和K43E外,其余几种突变后植酸酶在pH2~8处理2h后,活性都能保持在80%以上;突变体M2,M4,K24E和M1仍保留50%以上的活性,而突变前的APPA在70℃处理20 min之后,就几乎没有残余活性。  ⑷通过比较,最终获得综合性质较优的突变体植酸酶K24E,最适反应温度为60℃,70~90℃处理20 min,残余活性50%以上。最适反应pH为4.0,在pH2~8的缓冲液中处理2h后,仍然保持80%以上的活力。此外,突变体K24E的Km值比APPA减小了30%,Vm值增加了20%。
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