Bacillus subtilis B11-06 L-天冬酰胺酶的表达、发酵优化及酶学性质研究

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L-天冬酰胺酶(L-asparaginase amidohydrolase,E.C.3.5.1.1)可以将L-天冬酰胺水解成L-天冬氨酸与氨。L-天冬酰胺酶主要应用在医药与食品行业中,该酶可以用来治疗急性淋巴细胞白血病、霍金森病及恶性淋巴肿瘤等,此外这种酶还能减少食品中丙烯酰胺的生成。利用微生物发酵法可以实现L-天冬酰胺酶的高效生产,本论文实现了Bacillussubtilis B11-06L-天冬酰胺酶基因(ansZ)在Bacillus subtilis168中的高效表达,对发酵培养基及发酵条件进行优化,分离纯化出L-天冬酰胺酶并研究其酶学性质,通过在N-端融合多肽提高L-天冬酰胺酶的稳定性,主要结论如下:(1)通过PCR的方法,将B. subtilis B11-06的L-天冬酰胺酶基因克隆并测序,构建重组质粒pMA5-ansZ并转化B. subtilis168,获得基因工程菌B. subtilis168/pMA5-ansZ。对重组菌进行酶活测定,酶活达到9.98U mL-1,较原始菌株酶活有了较大提高。(2)通过单因素及正交实验优化重组菌B. subtilis168/pMA5-ansZ发酵培养基。经优化最优培养基为(g L-1):蔗糖35,胰蛋白胨15,尿素0.8,玉米浆12,K2HPO42.61,KH2PO42.04,MgSO4·7H2O1.84,NaCl5,L-Asn1。重组菌的最适发酵条件:初始pH为7.0,发酵温度为37℃,转速为200r min-1,接种量为4%。5L发酵罐放大实验,B. subtilis168/pMA5-ansZ在最优条件下发酵24h,最大酶活可达89.48U mL-1,是优化前酶活的8.9倍。(3)重组菌发酵胞外粗酶液经过硫酸铵分级沉淀、Butyl Sepharose HP疏水层析,得到L-天冬酰胺酶纯酶液,纯酶比活力为92.45U mg-1,最适pH值为7.5,最适反应温度为40℃,在pH值6.0-9.0的范围内稳定,酶保存于0℃以下很稳定,在20-30℃之间较稳定,高于50℃酶活下降很明显,60℃处理2h后有9%的剩余酶活,Cu2+、La3+、Fe3+对L-天冬酰胺酶有明显的抑制作用,而Na+和EDTA对酶的影响非常小,没有发现对该酶有明显激活作用的金属离子,酶动力学参数以L-天冬酰胺为底物的Km值为0.43mmol L-1,Vmax为77.51μmol L-1min-1。油炸土豆条前加入6000U L-1酶液处理50min,丙烯酰胺量较对照减少约75%,加入8000U L-1的L-天冬酰胺酶液处理30min,丙烯酰胺量减少约87%。(4)利用分子克隆技术将6条分别具有不同特征的多肽与L-天冬酰胺酶的N-端融合,并在Escherichia coli BL21中进行表达,胞内粗酶液采用Ni2+-NTA纯化获得纯酶液,融合蛋白OP4-ansZ的比酶活较融合前提高约1.3倍,该融合蛋白的pH稳定性和热稳定性获得一些提高。
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