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β-1,3-1,4-葡聚糖酶(EC3.2.1.73)作为一种重要的工业用酶,被广泛应用于酿酒和饲料工业中。目前国内对葡聚糖酶的研究还处于初级阶段,天然菌株产酶量及酶性能满足不了实际应用。随着基因工程方法的应用,为实现目的蛋白的工程菌表达提供的了可能。现国内外对β-1,3-1,4-葡聚糖酶的研究集中在构建工程菌株来提高酶的产量和性能方面。本研究的主要目的即通过基因工程及分子生物学方法来提高β-1,3-1,4-葡聚糖酶表达量,研究其酶学特性,为生产中的问题提供有效的解决途径。主要研究内容及结果如下:
⑴采用PCR法从载体pLF3中扩增出杂合β-1,3-1,4-葡聚糖酶基因,并在基因两端引入酶切位点EcoR I/Not I,插入带有AOX启动子和α-信号肽的表达载体pPIC9K的多克隆位点,构建出重组载体pPIC9K-bgl;经Sac I线性化重组载体后,通过电转化将其导入Pichia pastoris GS115,使基因整合到酵母染色体上;最终筛选出甲醇利用型His+Mut+,其最高抗遗传霉素浓度为2 mg mL-1约有7-8个拷贝数的重组GS115/pPIC9K-bgl。甲醇诱导重组菌表达β-1,3-1,4-葡聚糖酶,对诱导的条件进行优化,确定诱导表达最佳条件为pH6.0,最适温度30℃,表达时间84 h。
⑵利用3L发酵罐进行重组毕赤酵母发酵优化。先以甘油为碳源,在甘油补加阶段,细胞干重达47.5 g L-1;甲醇诱导阶段,流加甲醇控制溶氧维持在35%,诱导84 h后酶活达到最高值115.3 U mL-1,蛋白表达量131.8 mg L-1,细胞干重88.5 g L-1。并通过SDS-PAGE对重组蛋白进行分析,得出分子量约为34 kDa,由于糖基化作用,比理论分子量大了约8 kDa,目的蛋白占胞外总蛋白约75%。
⑶确定了β-1,3-1,4-葡聚糖酶的酶学性质。该酶在pH4.5-7.0之间相对稳定,在pH6.0时酶活力达到最高,而在pH3.5-8.0间保温60 min,酶活仍然有80%以上;最适反应温度50℃,分别于pH6.0,30-60℃下,保温150 min,酶活仍保留80%以上;CaCl2,MnSO4,CoCl2,FeSO4对β-1,3-1,4-葡聚糖酶有激活作用,而EDTA,CuSO4使酶活力降低。