重组的黑曲霉GZUF36胞内酯酶的培养优化与固定化研究

来源 :贵州大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:dzluzd2009
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酯酶是一类既能合成酯类物质又能水解酯键的α/β水解酶,在乳制品烘焙、手性药物研究、洗涤工业、农药除虫剂等方面具有很好的工业利用价值。酶的培养容易受到外界因素的干扰,且游离的酯酶存在稳定性差、存储时间短、重复利用率低等缺点,很难在工业上发挥其真正的价值。因此,在实验室前期获得的重组黑曲霉胞内酯酶(rINANE)的基础上,本研究首先探讨影响毕赤酵母表达产rINANE的外界因素,以获得高活性的rINANE。然后以聚多巴胺(PDA)包裹的磁性四氧化三铁(Fe3O4@PDA)为吸附载体,采用吸附-沉淀-交联的固定化技术对rINANE进行固定化研究。通过对固定化前后酶结构的表征,对酶结构的改变进行说明。最后将固定化酶与游离酶进行酶学性质的比较,进一步说明结构改变给酶带来的性质改变。这些研究可为探讨rINANE的构效关系以及其在工业上大规模使用提供一定的基础。主要研究内容和结果如下:(1)对诱导期间的p H、温度、甲醇添加量、起始OD600、离心转速及诱导时间进行探究。发现诱导时间是影响rINANE酶活力的最主要因素,其次为诱导环境p H和温度。通过均匀设计和规划求解得到最优培养条件为:BMMY培养基p H=6.0,诱导培养温度为25℃,甲醇诱导添加量为1.5%,诱导起始OD600=1.0,诱导后离心转数为4000 r/min,诱导120 h。此条件下得到的rINANE酶活力为1.925±0.053 U/m L,较初始培养条件下的酶活力提升约3倍。(2)以Fe3O4@PDA为吸附载体,采用吸附-沉淀-交联的固定化技术对rINANE进行固定化,探讨不同固定化条件对rINANE酶活力影响。在Fe3O4@PDA载体与rINANE的固液比为45:1 mg/m L,吸附60 min,最优沉淀剂丙酮的加入量4 m L/m L,果胶加入量3μL/m L,交联1 h的条件下,固定化rINANE的酶活回收率和蛋白质负载量分别达到104.40±1.14%和72.72±1.01 mg/g。(3)通过扫描电镜(SEM)、傅里叶红外(FTIR)、X射线衍射(XRD)、ζ-电位以及样品磁强度(VSM)对游离rINANE和固定化过程中的样品进行表征,以探究固定化是否成功以及固定化前后酶结构的变化。SEM结果显示rINANE已成功被固定化,且经吸附-沉淀-交联的固定化技术,酶分子间紧密联系,形成有空穴的网状结构,刚性结构增强,能很好的将底物锁定,提高酶活力。固定化过后,酶的α-螺旋相对含量减少8.73%,β-折叠增加39.74%,再次证实固定化后rINANE的刚性结构增强。XRD结果显示,固定化后载体的晶体结构并未发生改变。固定化rINANE的ζ-电位绝对值为27.42±0.27 m V,比rINANE高,表明固定化rINANE溶液的稳定性强于rINANE。固定化rINANE的饱和磁强度为75.193emu/g,具有强磁性,酶结构在磁性作用下保持稳定。(4)对固定化前后rINANE的酶学性质进行了探究,结果显示固定化酶的最适温度(40℃)比游离酶高出5℃,最适p H也向碱性条件迁移了一个单位,p H为9.0。固定化酶在20℃-45℃处理12 h以后,能保持70%以上的酶活,高于游离酶,对p H 6.0-10.0范围内仍能保持80%以上的酶活力。对于表面活性剂的加入,游离酶酶活力均得到明显提升,固定化酶酶活力则保持在一个相对稳定的范围内。同样,固定化酶对Cu2+、Zn2+、K+、Na+、Mg2+、Ca2+、Fe3+这六种金属离子以及对有机溶剂的耐受性均高于游离酶。通过对游离酶与固定化酶动力学参数比较发现,固定化酶的米氏常数Km为16.55 g/L,高于游离酶(10.86 g/L),说明固定化后酶对底物的亲和力降低。在贮藏45 d以后,固定化酶仍保持86.6±2.1%的酶活,重复操作8次,还有55.2±1.1%酶活,具有很好的贮藏和操作稳定性。这些研究为rINANE的基本性质变化提供一定的实验依据,为rINANE的构效分析和固定化rINANE在工业中低成本回收利用奠定基础。
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