【摘 要】
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单葡萄糖醛酸基甘草次酸(Glycyrrhetinic acid monoglucuronide,GAMG)属于齐墩果烷(oleanane)型三萜皂苷,是由五环三萜的甘草次酸(GA)与葡萄酸醛酸通过β-1,3糖苷键相连构成,
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单葡萄糖醛酸基甘草次酸(Glycyrrhetinic acid monoglucuronide,GAMG)属于齐墩果烷(oleanane)型三萜皂苷,是由五环三萜的甘草次酸(GA)与葡萄酸醛酸通过β-1,3糖苷键相连构成,研究表明其具有保肝护肝、杀菌、抗病毒、消炎等作用,可用于医药、食品工业及化妆品等领域,同时GAMG还是一种天然甜味剂,其甜度是蔗糖的941倍,极具开发潜力。目前GAMG主要依靠从甘草中提取的甘草酸(GL)经一步酶解得到。目前酶法生产GAMG存在的问题主要是:反应体积大,耗费大量空间成本;微生物生长和产酶过程存在底物选择上的矛盾;β-葡萄糖醛酸苷酶普遍存在酶活偏低副反应较多的问题,目的产物GAMG的得率不高。使GAMG的大量生产受到限制。课题组前期从嗜松篮状菌(Talaromyces pinophilum)中分离得到一种β-葡萄糖醛酸苷酶(TpGUS),可以特异性地将GL水解得到GAMG,为使TpGUS更适用于实际工业生产,本论文对TpGUS水解GL生成GAMG进行了底物识别机制的研究,TpGUS热稳定性改造及耐热突变体发酵工艺优化,主要研究结果如下:提高TpGUS的热稳定性,采用截除N端柔性区段,序列中部柔性区段构建突变体库,精氨酸替换提高TIM-barrel桶状结构域稳定性等方法获得突变体N23-C238RT220RV213RV348R-S195I,其与野生型相比,在55℃条件下,半衰期T1/2m较野生型延长100 min,为野生型的3倍,在70℃条件下,半衰期T1/2m较野生型延长25 min,为野生型的2.3倍。突变体的动力学参数Kcat/Km与原始酶接近,圆二色谱及荧光光谱测定表明其二级、三级结构并未发生较大变化,表明该突变体的热稳定性提高主要原因为引入突变。在TIM-barrel桶状结构域表面合适位置引入精氨酸可以提高蛋白质的热稳定性,还可保持其催化效率不发生大的变化。通过同源建模及实验验证解释TpGUS与底物GL的结合机理。认为TpGUS的H365,Y372和C331对GL的糖头识别起主要作用,S330与甘草酸的母核11号碳位置形成离子键,其与M277,G278,A279,N280构成局部疏水区,对苷元的识别起主要作用。N191,S195,H274,Y276和S330构成糖头进入TpGUS的通道。设计适应于TpGUS耐热突变体的高温转化工艺。在提高产酶量部分通过优化菌体培养条件为32℃,220 rpm,每24 h补加葡萄糖至终浓度10 g/L以提高菌体产酶量由0.42U/ml至10 U/ml,提高了 23倍。在高温转化部分通过对酶与底物最佳比为1:3,最佳转速250 rpm,酶与底物pH控制为4.5,粗酶液与底物GL在50℃条件下直接反应,132小时内经过三次补加底物共30 g,最终得到GAMG20.2 g,最后得到甘草酸的转化率为87%,与传统方法获得等量产物工艺相比,产量为原先的150%,反应时间缩短了一半。此工艺操作时间短,转化率和得率高,重现性好,可为后续实现酶法高效生产GAMG提供依据。
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