Thauera sinica K11T来源L-天冬酰胺酶的异源表达、定点突变及酶学性质研究

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L-天冬酰胺酶是治疗儿童急性淋巴细胞白血病等血液癌症的重要药物,也是去除油炸食品中致癌物质丙烯酰胺的关键酶。由于现有的以动物来源为主的L-天冬酰胺酶存在半衰期短、稳定性差、活性低等问题,因此,急需寻找性质优良的L-天冬酰胺酶的新来源。本实验室前期筛选到一株新颖的中华陶厄氏菌Thauera sinica K11T,经序列对比分析发现,该菌株的基因序列中有可编码L-天冬酰胺酶的基因。因此,本论文将对该微生物来源的L-天冬酰胺酶的重组表达、产酶发酵条件优化、酶学性质分析及定点突变改造等进行研究,为该酶的推广应用奠定基础。首先,利用基因工程技术成功构建了两株L-天冬酰胺酶的异源表达菌株E.coli BL21-p ET28a-ans B1和E.coli BL21-p DE1-ans B2。经过对发酵条件的优化,重组菌E.coli BL21-p ET28a-ans B1的最适产酶条件为:麦芽糖为碳源,天冬酰胺为氮源,IPTG终浓度为1.0 m M,诱导时间为8 h,诱导温度为30℃。重组菌E.coli BL21-p DE1-ans B2的最适产酶条件为::酵母粉为碳源,氯化铵为氮源,IPTG终浓度为0.5 m M,诱导时间为10h,诱导温度为30℃。其次,对重组菌E.coli BL21-p ET28a-ans B1生产的L-天冬酰胺酶的性质进行了表征。结果表明,L-天冬酰胺酶的最适温度和p H分别为55℃和8.0,且该酶在50℃-70℃和p H 6.0-8.0条件下较为稳定;Mg2+、Mn2+、Ba2+、Ni2+对酶活有一定的促进作用,而Ag+、Hg2+和SDS对酶活有强烈的抑制作用,Ca2+、Fe2+、Fe3+、Co2+、Cu2+、Span-80和EDTA对酶活有轻微的抑制作用,Zn2+、Na+、K+、Cr3+、Triton X-100对酶活性几乎无影响;L-天冬酰胺为底物时,该酶的动力学参数Km值为2.683 m M,V max值为83.33μmol·min-1·mg-1。最后,在重组菌E.coli BL21-p ET28a-ans B1的基础上,利用重折叠PCR技术制备了带有突变位点的目的基因,构建了三种突变重组菌,并对突变体G129AASN、P130AASN和S252NASN的酶学性质进行了研究。G129AASN的酶学性质:最适反应条件为55℃、p H8.0;该酶在p H 6.0-10.0、温度小于60℃时稳定性较好;Co2+对该酶的活性具有一定的促进作用;该酶对四种酰胺类底物的活性均有所增加;该酶的Km和Vmax分别为2.097m M和81.3μmol·min-1·mg-1。P130AASN的酶学性质:最适反应条件为55℃、p H 7.0;该酶在p H 6.0-11.0、温度小于70℃时稳定性较好;Co2+对该酶的活性具有一定的促进作用,Mg2+、Ba2+在一定程度上抑制酶的活性;该酶对D-谷氨酰胺的活性降低,对其余酰胺类底物活性均增加;该酶的Km和Vmax分别为2.69 m M和64.52μmol·min-1·mg-1。S252NASN的酶学性质:最适反应条件为55℃、p H 8.0;该酶在温度低于75℃、p H 6.0-10.0时,稳定性较好;Co2+、Cr3+对该酶的活性具有一定的促进作用,Mn2+、Ba2+在一定程度上抑制酶的活性;该酶对天冬酰胺类底物的活性轻微降低,对谷氨酰胺类的活性增加;该酶的Km和Vmax分别为3.899 m M和91.74μmol·min-1·mg-1。
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