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脂肪酶(Lipase,E.C.3.1.1.3),全称为三酰基甘油酰基水解酶(triacylglycerolacylhydrolase),它属于α/β折叠酶家族,是一种丝氨酸水解酶。脂肪酶的催化遵循丝氨酸水解酶的反应机制,能够在油水界面上将甘油三酯完全水解成脂肪酸和甘油,因而脂肪酶能够催化脂水解、脂合成和脂交换等多种反应,被应用于油脂处理、洗涤剂、食品加工、精细化工、制药、造纸等多种行业。脂肪酶在动植物的各种组织及微生物中广泛存在。
本研究从枯草芽孢杆菌基因组出发,PCR扩增出枯草芽孢杆菌脂肪酶Lip A结构基因,将其克隆进异源宿主大肠杆菌系统BL21(DE3)/pET28a(+)中表达,获得BL21(DE3)/pET28a(+)-Lip A重组系统,经金属熬合一步亲和纯化后,即得纯度在90%以上的目的蛋白,从而发展了一种方便、快速、高效生产和纯化枯草杆菌脂肪酶的方法。进一步研究了重组酶LipA的酶学性质,其最适反应pH为10,最适反应温度在40℃左右,于50℃水浴中放置1小时后仍保留80%的催化活性,常用乳化剂TritonX-100和脱氧胆酸钠对其活性有不同程度的抑制作用。Lip A对含八个碳原子的酯类底物具有最高的催化活性,其动力学参数Km值和Kcat值分别为25μM和21.2 s-1。
通过采用易错PCR的方法,在大肠杆菌系统中,对Lip A进行了酶活力定向进化研究。经第一轮易错PCR,产生了第一个库容量约为6000的易错PCR突变体库,经酶活力/细胞密度筛选,有9个OD405/OD600值较大、具有潜在高酶活力的突变体被选出。经酶活测定后,将其中一个活力最高的菌株fg-F1(L140F)作为第二轮易错PCR的亲本,产生了第二个易错PCR突变库,库容大约为4500,经筛选得到2株具有高活力的突变株f10-H1(I12WL140F/D144E)和f12-C2(R33W/L140F),其对最适底物pNPC8的比活分别是野生型的3倍和4倍。其中f10-H1(I12V/L140F/D144E)的Km值是野生型的1/2,而f12-C2(R33W/L140F)的Kcat值是野生型的近5倍。热稳定性实验表明,在45℃水浴1小时后,野生型和突变株酶比活都没有明显损失。