通过易错PCR技术改善米曲霉β-葡萄糖苷酶的酶活及性质研究

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β-葡萄糖苷酶是纤维素酶彻底水解纤维素的关键酶种,目前制约β-葡萄糖苷酶在工业生产中运用的一个瓶颈,就是酶活力和稳定性都普遍较低,因此通过基因工程和蛋白质工程技术对β-葡萄糖苷酶进行改造具有重要的科学和实用价值。  本实验利用定向进化技术中较为成熟的一种方法——易错PCR,对β-葡萄糖苷酶进行基因改造。通过优化易错PCR体系中Mn2+浓度(0.10mmol/L),Mg+浓度(7mmol/L),获得突变基因文库,然后将易错PCR产物构建入载体质粒pPCZαA中,线性化后,转入巴斯德毕赤酵母工程菌X33中,形成突变体库。  利用高通量筛选方法进行筛选,获得了一株较高酶活性的产β-葡萄糖苷酶突变基因工程菌pPICZaA-bglep7。通过硫酸铵沉淀、镍柱纯化,SDS-PAGE检测有大小94KD的单一蛋白条帝,与理论值大小基本一致,得到了纯化的β-葡萄糖苷酶蛋白。纯化后的β-葡萄糖苷酶酶活为20.628 U/mL,比出发菌株(17.19 U/mL)提高了12%,比活为72.126 U/mg,比改造前提高了1.2倍。对β-葡萄糖苷酶酶学性质分析得知,它的最适温度为50℃,在20℃-50℃的环境中,酶活力稳定性好,和突变前基本保持一致;在环境pH为4.0-6.0时,其酶活力能够维持较高水平,最适pH为5.5,比原始菌株提高了0.5个pH单位。  DNA测序结果表明中突变β-葡萄糖苷酶基因有13个碱基发生了突变,并引起了5个氨基酸的变化,分别是Glu127Lys、Lys178Arg、Leu487Thr、Ala807Gly、Glu811Gln。经软件分析预测发现,突变基因工程菌表达的β-葡萄糖苷酶蛋白质二级结构与未突变一致,等电点与理化性质均未发生明显变化。通过同源建模预测三维结构分析发现,突变菌株pPICZaA-bglep7表达的β-葡萄糖苷酶与未突变的具有相同的多肤骨架,三维结构一致,活性中心没有改变,而五个氨基酸突变可能只使酶蛋白结构发生了微变化,增加了酶蛋白结构柔性,从而引起酶活力提高。为进一步通过定向进化改造β-葡萄耱苷酶奠定了基础。
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