原果胶酶在毕赤酵母中的表达、发酵优化及酶学性质研究

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原果胶酶是能水解不溶性果胶物质为可溶性果胶物质的一类酶。1978年Sakai等首次报道了酵母生产的原果胶酶,之后相继报道了细菌、酵母和霉菌中的原果胶酶的酶学性质及原果胶酶的应用。在中国,有关微生物原果胶酶的研究和应用技术还未见报道,原果胶酶基因在Pichia pastoris中表达的研究在国内外未见报道。本论文主要报道了产原果胶酶B.subtilis XZ2的筛选、原果胶酶基因在Pichia pastoris中克隆表达、重组原果胶酶的纯化和酶学性质等研究内容,研究的主要结果如下:1.通过对本研究室保藏的菌种进行筛选,获得了一株产原果胶酶的B.subtilis XZ2。以B.subtilis XZ2的基因组DNA为模板,PCR扩增得到原果胶酶基因。测序结果表明:B.subtilis原果胶酶基因全长1200bp,编码399个氨基酸,与GenBank中收录的B.subtilis的原果胶酶基因(GenBank Accession:X74880)相比较,有4个碱基发生了替换,其同源性为99.6%,编码的氨基酸序列同源性为99.5%,二者原果胶酶蛋白基因相应的氨基酸序列、氨基酸残基个数、位置几乎完全相同,仅有2个氨基酸不同。同时,替换的氨基酸不位于原果胶酶的两个保守区域。2.扩增的原果胶酶基因与毕赤酵母载体pPICZαA经限制性内切酶XhoⅠ和XbαⅠ双酶切,回收片段经T4 DNA ligase、16℃过夜连接,连接产物经CaCl2转化E.coli DH5α,获得重组酵母表达载体pPICZαA-PPase。经限制性内切酶BstⅪ线性化的pPICZαA-PPase载体与酵母感受态细胞X-33在1500V,25μF,200Ω条件下电转化,经过100、200、400、800μg和1000μg/ml zeocin筛选和酵母基因组PCR鉴定,最终获得重组表达菌株X-33/pPICZαA-PPase。3.对影响X-33/pPICZαA-PPase表达原果胶酶的培养基、诱导时间、甲醇浓度、诱导前菌体生长量、诱导培养基pH以及PTM1添加量等因素进行了研究,结果显示在使用BMGY/mBMMY培养基、诱导环境pH6.0、0.006%PTM1、诱导前最佳菌体0D600为6-8、1%甲醇诱导、转速240r/min,30℃诱导培养96h,可以获得较好的表达水平;高密度发酵阶段,控制溶氧20%,氨水流加控制培养基pH 6.0,经过210h发酵培养菌体光密度超过了250,湿菌体达到了192g/L,蛋白含量为3.21g/L,原果胶酶活性达到最高240.2 U/ml。5.摇瓶发酵获得的原果胶酶粗酶液经过硫酸铵沉淀、Sephadex G75凝胶过滤和Sepharose Fast Flow离子交换层析分离,比活力分别提高为219.27 U/mg、752.48 U/mg、1948.64 U/mg,纯化倍数分别为2.13、7.31和18.91,最终获得的原果胶酶经SDS-PAGE电泳测定分子量为43.17 kDa。6.原果胶酶最适作用温度和pH分别50℃和7.0。在pH 3-10范围内,原果胶酶活性很稳定,热稳定性为50℃以下。金属离子对于原果胶酶活性抑制强弱顺序为Hg2+>Cu2+>Ba2+>Mn2+,而Fe2+和Mg2+对该酶没有抑制作用。Ca2+能够提高原果胶酶活性,当浓度为0.20 mM时,原果胶酶活性提高到原来的2.5倍左右,EDTA完全抑制原果胶酶活性。原果胶酶的Km为0.851 mg/ml,Vmax为0.445μmol/min。
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