酸性蛋白酶的表达及其在大豆蛋白和虾壳酶解中的应用研究

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酸性蛋白酶是一种存在于植物、动物、细菌、真菌和病毒等大多数生物体中的重要蛋白酶,因其以两个高度保守的天冬氨酸作为催化残基,因此又称为天冬氨酸蛋白酶。酸性蛋白酶的二级结构主要由β-折叠组成,三级结构呈高度对称的双叶构型,催化位点位于对称的裂缝之间,通过激活水分子来裂解肽键。酸性蛋白酶在皮革行业的鞣制,洗涤剂的添加剂,奶酪的制作,饮料和酒类的除浊以及水解廉价底物(如豆渣,虾壳,菌渣,菇渣,羽毛)等领域均有广泛应用。本课题从热带假丝酵母和近平滑假丝酵母中克隆了52个蛋白酶基因,构建了两种不同重组表达载体——诱导型载体p ICh和组成型载体p IC9BM-GAP,并将含有目的基因的表达载体与毕赤酵母GS115的基因组整合,成功构建了47个蛋白酶重组表达菌株。从中筛选得到两个高产酸性蛋白酶的重组菌株,其中酸性蛋白酶SAPP1的分子量大小为47 k Da,在最适反应条件pH 3.0,50℃下测的诱导型最高酶活为405.36 U/m L,组成型为113.98 U/m L,在pH 4.0-6.0和50℃以下酶活较为稳定。而酸性蛋白酶SAPT的分子量为50 k Da,最适反应条件为pH 3.0,55℃,测得诱导型酶活275.50 U/m L,组成型酶活202.39 U/m L,在pH 3.0-7.0之间和50℃以下具有良好的稳定性。利用这两种酸性蛋白酶和商业的木瓜蛋白酶及碱性蛋白酶水解大豆蛋白和虾壳,并对他们的水解效果进行了初步探索。当在各自最适pH条件下,经过SAPP1(pH 3.0)、SAPT(pH 3.0)、木瓜蛋白酶(pH 7.0)、碱性蛋白酶(pH 9.0)处理后,大豆蛋白回收率依次为:22.92%、18.01%、13.19%、32.89%;虾壳蛋白回收率依次为:40.88%、39.79%、32.96%、44.23%,相比较而言,碱性蛋白酶的效果是最好,SAPP1其次,SAPT第三,木瓜蛋白酶最差。然而当都在体外模拟胃环境pH 3.0条件下,酸性蛋白酶的可溶蛋白和氨基酸总含量要比木瓜蛋白酶和碱性蛋白酶要高3-5倍,显然SAPP1和SAPT在动物胃环境中作用更具有优势。此外大豆蛋白和虾壳的水解产物都具有抗氧化活性,SAPP1、SAPT、木瓜蛋白酶和碱性蛋白酶大豆水解物的DPPH自由基清除率EC50分别为2.21mg/m L、1.04 mg/m L、1.77 mg/m L、6.87 mg/m L;而虾壳水解物的EC50依次为0.37 mg/m L、0.39 mg/m L、0.77 mg/m L、0.56 mg/m L。酸性蛋白酶SAPP1和SAPT的大豆蛋白和虾壳水解物的抗氧化活性明显高于木瓜蛋白酶和碱性蛋白酶。本课题筛选出了两种高酶活的酸性蛋白酶SAPP1和SAPT,对大豆蛋白和虾壳水解效果良好,水解产物有较好生物活性,在生物质蛋白资源的回收利用领域有较好的应用前景。后续进一步进行发酵罐发酵,提高酶活及产量,具有应用潜力。
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