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L-精氨酸是人体和动物体内的半必需氨基酸,也是生物体尿素循环的一种重要中间代谢物,在医药工业上具有广泛的用途,另一方面,L-精氨酸也是食品营养、化妆品或特殊治疗用途的重要原料。近年来,随着我国经济的发展,人民生活水平的逐步提高,人们对健康方面给于越来越多的关注,L-精氨酸的需求量也在逐年上升。
论文以钝齿棒杆菌CorynebacteriumcrenatumSYPA为研究菌株,依据现已知的C.crenatum产精氨酸代谢途径利用遗传工程手段研究分析C.crenatumSYPA合成精氨酸的关键酶N-乙酰谷氨酸激酶(NAGK)的性质和作用及NAGK在C.crenatumSYPA中的加强表达对其对产精氨酸的影响。
钝齿棒杆菌C.crenatumSYPA是革兰氏阳性工业用菌株,其合成精氨酸的关键酶NAGK是由基因argB编码,由于钝齿棒杆菌的遗传表达体系的研究报道甚少,本论文构建了pET-28a-argB、pJC1-tac-argB、pC2-argB三个表达质粒并成功在大肠杆菌中表达且进行了酶的活性研究。结果发现,表达质粒pET-28a-argB在大肠杆菌中表达量最高,pJC1-tac-argB次之,pC2-argB表达量最小。同时利用argB的表达载体pET-28a上含有His6-Tag组氨酸标签的特点,采用Ni-NTA柱亲和层析法对目标蛋白NAGK进行了纯化,纯化获得的重组NAGK的比酶活达0.73U/mg,纯化倍数达6.61。同时对纯化得到的重组NAGK酶学性质进行了初步研究,结果表明:NAGK的最适温度为30℃,最适pH为9.0~9.5,对底物N-乙酰谷氨酸的Km值为3.35mmol/L。金属离子Cu2+、Mn2+、螯合剂对乙酰谷氨酸激酶均有明显的抑制作用。
本文成功将表达质粒pJC1-tac-argB、pC2-argB通过电击转化方法转入C.crenatumSYPA中,由于pET-28a-argB无法通过该方法转入C.crenatumSYPA并表达且pC2-argB表达量较小,因此实验以pJC1-tac-argB为研究对象。本实验挑取了8个钝齿棒杆菌转化子C.C(pJC1-tac-argB)并通过摇瓶发酵挑选出精氨酸产量最高的转化子C.C2,对其NAGK进行了酶活和发酵特性做了初步分析。C.C2中NAGK的酶活为44.5mU/mg,与出发菌株C.crenatumSYPA中NAGK的酶活31.2mU/mg相比提高了约42.6%;精氨酸产量达35.8g/L与出发菌株C.crenatumSYPA的29.8g/L相比提高了约23.4%,但却发现NAGK的过量表达影响到了菌体的正常生长,生长相对缓慢。通过氨基酸自动分析仪对发酵液中氨基酸的定量分析,证明了NAGK的过量表达明显的促进了前体物质谷氨酸的利用率并促使谷氨酸的代谢流大量流向精氨酸生成的途径,提高精氨酸的产量。