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粘质沙雷氏菌脂肪酶属于α/β水解酶,可以立体选择性水解拆分消旋体反式3-(4-甲氧苯基)缩水甘油酸甲酯(MPGM)得到地尔硫卓的中间体(2R,3S)(-)-3-(4-甲氧苯基)缩水甘油酸甲酯,即(-)-MPGM。本文对粘质沙雷氏菌(Seratia marcescens)ECU1010基因工程菌pET24a-lipA BL21(DE3)表达的脂肪酶包涵体进行了变复性条件优化,制备了脂肪酶活性包涵体,并对复性脂肪酶和脂肪酶活性包涵体的结构、性质进行了研究。
首先优化了变性条件,确定8 mol/L尿素为包涵体的变性剂;通过正交试验确定了影响粘质沙雷氏菌脂肪酶复性的关键因素为复性液的离子强度和复性液pH。进一步研究了复性液中蛋白浓度,Ca2+浓度,复性温度,复性时间对脂肪酶复性的影响,最佳的变复性条件为:8 mol/L尿素变性脂肪酶包涵体;复性液为含1 mmol/L Ca2+的20mmol/L pH7.0的Tris-HCl缓冲液;复性液中的蛋白浓度控制在0.2~0.4 mg/mL之间;复性温度为30℃,复性时间为12 h。
复性后的脂肪酶可以通过阴离子交换柱DEAE-FF进行纯化,蛋白回收率为60%,脂肪酶活性回收率为80%。在NaCl连续梯度洗脱过程中,会出现两个活性蛋白峰,活性电泳分析证明:第一个活性峰为聚体形式的脂肪酶,第二个活性峰为单体形式的脂肪酶。通过对聚体形式脂肪酶有机溶剂耐受性的研究发现,异丙醚和石油醚可以提高聚体形式脂肪酶的活性,但不能使单体脂肪酶活性提高。通过傅里叶红外光谱(FT-IR)研究其主要机理是可以将聚体形式脂肪酶转变为单体脂肪酶。Ca2+可以激活脂肪酶,Cu2+和Zn2+明显抑制脂肪酶活性。石油醚和异丙醚可以促进脂肪酶的复性,其作用机理是减少复性过程中聚体形式脂肪酶的产生。复性后的脂肪酶可以用来手性拆分(±)-MPGM。
通过对培养条件的优化,粘质沙雷氏菌脂肪酶基因工程菌pET24a-lipA BL21(DE3)能够产生具有脂肪酶活性的包涵体。培养条件为:LB培养基(添加1 mmol/L Ca2+),1mmol/L IPTG30℃诱导。脂肪酶活性包涵体的pH稳定性(pH5~9)、温度稳定性要优于复性后的脂肪酶(pH6~10)。异丙醚和石油醚可以显著提高脂肪酶活性包涵体的活性,通过FT-IR对脂肪酶活性包涵体二级结构的分析,证明其作用机理是改变了脂肪酶活性包涵体的部分构象,将部分非正确的构象(1623 cm-1的aggregation)转变为活性中心构象(1660 cm-1的helix、1650 cm-1的unordered)。与复性脂肪酶相比,异丙醚处理后的脂肪酶活性包涵体的Km值降低,Vmx值增大。脂肪酶活性包涵体可以作为天然固定化酶用于手性拆分(±)-MPGM,使用三次,其活性降低50%。