氨基甲酸乙酯水解酶的筛选、表达及活力改造

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氨基甲酸乙酯(EC)广泛存在于发酵食品中,是一种能在多种试验动物上造成多位点致癌的物质,对人体具有潜在的致癌性。这使得发酵食品中EC的含量成为人们高度关注的食品安全问题。氨基甲酸乙酯水解酶能将EC直接降解成CO2、乙醇和氨气,是降解EC最有效、最直接的方法,但目前已经筛选得到的氨基甲酸乙酯水解酶较少,催化活力低。为了选取一种适用于酒精饮料中EC降解的氨基甲酸乙酯水解酶,本文围绕氨基甲酸乙酯水解酶的筛选以及氨基甲酸乙酯水解酶活力的改造展开研究,主要研究内容如下:(1)构建了一个包含9个酰胺酶的小型酶库,用于筛选氨基甲酸乙酯水解酶。通过活力筛选,选择了催化活力较高的AmdA作为出发酶进行后续的研究。AmdA来源于Agrobacterium tumefaciens d3,单位发酵液酶活力为97.56 U/L,比酶活为0.62 U/mg。为了提高AmdA在E.coli BL21(DE3)菌株中的异源可溶性表达,通过引入诱导型分子伴侣质粒pGro7表达分子伴侣蛋白GroES-GroEL,将pET-30a(+)表达的AmdA的酶活从97.56 U/L提高到了 307 U/L。又通过去除融合标签,使得AmdA的酶活力提高到了 395 U/L。(2)对AmdA的酶学性质进行表征,发现AmdA的最适pH值为7.5,最适温度为55℃,在50℃以下具有较好的热稳定性;在5-20%(v/v)的乙醇溶液中保温1h,剩余酶活力大于91%,高于文献报道的最高水平;以EC为底物的Km值为0.964 mM,最大反应速率vm为0.887μmol·mg-1.min-1。同时通过氨基酸序列分析、同源建模和定点突变分析确定AmdA的催化三联体为L98-S173-S197,属于酰胺酶AS家族。(3)为提高AmdA对EC的催化活力,对其进行了理性和半理性改造。首先通过多序列比对挖掘定点突变位点,成功获得一个酶活力提高375%的突变体G195A。随后通过对催化三联体附近21个氨基酸进行定点饱和突变,利用高通量的筛选方法获得一个酶活力提高53%的突变体I97L。对上述筛选得到的两个突变位点进行组合突变,获得了组合突变体I97L/G195A,酶活力提高了 5.18倍,单位发酵液酶活由原来的395 U/L提高到2442 U/L,比酶活由原来的0.62 U/mg提高到了 1.91 U/mg。本文筛选得到了具有应用潜力,来源于Agrobacterium d3的酰胺酶AmdA,对EC具有一定的催化活力,并通过理性和半理性的策略,提高了 AmdA的催化活力。
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