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谷氨酸脱羧酶(GAD)能够催化L-谷氨酸(L-Glu)生成γ-氨基丁酸(GABA),GAD是生物技术富集生产GABA的关键酶,GABA作为一种抑制性神经递质,在哺乳动物体内有着多种重要的生理功能。因而研究GAD有着广泛的应用前景。根据Lactococcus lactis subsp. lactis IL1403 GAD基因序列设计了PCR所需引物,PCR扩增获得目的基因,以pET-22b(+)为载体质粒,E. coli BL21(DE3)为宿主细胞,构建了工程菌E. coli BL21(pET22b-ll-gad)。IPTG可诱导重组GAD基因表达,对经亲和层析分离纯化后的重组蛋白进行SDS-PAGE分析,在约54 KDa处出现显著的特征蛋白条带。活性检测结果表明该重组GAD得到了正确高效的表达。以重组GAD为研究对象,对其酶学性质进行了研究。重组GAD的最适pH为4.7;最适反应温度为50 oC;该酶在50 oC以下数小时性质稳定,相对剩余酶活达90%以上;Cu2+可明显抑制酶活,其他金属离子对其酶活影响很小;该酶的Km为4.15 mM,Vmax为62.9 U/mg,kcat/Km值为818 (min·mM)-1。对工程菌高效合成GABA进行了研究,包括培养基优化,诱导条件优化和细胞转化反应工艺研究等。在单因素基础上,采用正交设计进行优化,最终确定GABA的生产工艺。培养基最佳组成为:葡萄糖浓度5 g/L,胰蛋白胨20 g/L,K2HPO4·3H2O 1 g/L,MgSO4·7H2O 1 g/L;最佳诱导条件为:OD600值1.0,诱导温度25 oC,诱导时间7 h,诱导剂(乳糖)0.5 g/L;细胞转化反应中分批添加底物,在最优条件下15 mL发酵液所得菌体可催化生成0.31 g GABA。对细胞转化反应过程中H+消耗量与GABA生成量的比例关系进行了研究,结果得出H+消耗摩尔数与GABA生成摩尔数之比为2:1,为细胞转化过程中快速计算底物转化率提供依据。