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生物乙醇作为一种清洁、便捷的可再生能源,被纳入许多国家的发展战略规划。廉价的原料和高效转化工艺是燃料乙醇商业化生产的必要条件,利用可再生植物纤维资源生物转化制取乙醇的研究成为当前的热点,其中木糖的高效乙醇发酵是该技术工业化的基础和制约因素。木糖醇脱氢酶是木糖发酵生产酒精代谢途径中的关键酶之一。由于构建发酵木糖的基因工程菌的研究中,中间产物木糖醇的累积成为了产酒精的瓶颈步骤,在酵母中提高木糖醇脱氢酶的表达对减少木糖醇的积累,提高酒精生产效率有重要的意义。木糖醇脱氢酶以NAD<+>为其专一辅因子,催化木糖醇生成木酮糖。前人对此酶的工作多集中在树干毕赤氏酵母上,本试验采用菌株为热带假丝酵母1779,该菌种所产木糖醇脱氢酶相关研究目前国内外鲜有报道。
本实验进行了热带假丝酵母1779的液体发酵产木糖醇脱氢酶条件优化、酶的分离纯化及其酶学性质的研究。得出以下结果:
1.木糖醇脱氢酶发酵最佳条件为:最佳碳源为木糖,浓度为2%;最佳氮源为酵母提取物,浓度为1%;培养基初始pH为5.5。发酵培养的最佳温度为30℃;最佳的装液量为20ml/100ml;接种量以5%为最佳;最适种龄为12h;发酵周期为15h左右。另外,Fe<3+>和I<,2>在0.1%与0.2%浓度下对产酶均有促进,Fe<2+>在0.1%浓度下对产酶有较大促进作用。
2.采用了硫酸铵分级沉淀、DEAE-Sepharose离子交换层析、Sephacryl S-200凝胶层析以及HiTrap Blue HP亲和层析等纯化方法后,所得到的木糖醇脱氢酶样品经过SDS-PAGE电泳检测为单一区带。最终酶蛋白纯化倍数达到60.8倍,回收率为10.9%。
3.SDS-PAGE和native-PAGE分析表明:木糖醇脱氢酶相对分子质量约为90kDa,由两个分子量为45kDa的亚基组成。酶的最适反应温度为35℃,最适反应pH为8;酶在4℃和pH为7的环境下最为稳定。该酶对木糖醇和NAD<+>的米氏常数分别为66.67mM和0.091mM,最大反应速度为333.33U/ml以及151.52 U/m1。Mg<2+>、Mn<2+>和Ca<2+>在浓度低于10mM时都能促进酶活,Fe<3+>、Ag<+>和Cu<2+>对酶的活性有抑制作用。
研究为进一步的木糖醇脱氢酶的分子生物学研究及利用木糖发酵生产酒精工程酵母的构建打下了基础。