谷氨酸脱羧酶基因工程改造研究进展

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lactococcus lactis subsp.lactis il1403谷氨酸脱羧酶的克隆表达、分离纯化及活性研究

lactococcus lactis subsp.lactis il1403谷氨酸脱羧酶的克隆表达、分离纯化及活性研究

L act ococcus l act i s subsp.1a ct i s I Ll403谷氨酸脱羧酶的克隆表达、分离纯化及活性研究张天萌,沐万孟,江波。

,张涛,倪靓霞(食品科学与技术国家重点实验室,江南大学,江苏无锡214122)摘要:谷氨酸脱羧酶(G A D)是功能因子y-氨基丁酸(G A B A)生物合成过程中的重要酶。

为了得到一种有高效活性的G A D基因工程茵,克隆到一种G A D基因,来源于微生物Lac t ococc us l ac—t i s s ubsp.1a ct i s I I.1403。

以pE T-22b(+)为载体质粒,E sche r i chi a col i B L21(D E3)为宿主细胞,构建了基因重组菌,I P TG可诱导目的重组G A D过量表达;经亲和层析纯化的重组蛋白质样品进行S D S—PA G E分析,在约54000处出现显著的特征蛋白质条带;活性检测结果表明。

该重组G A D的转化活性比野生菌株有明显提高,野生菌株经5h细胞转化,反应底物转化率为55.8%,而工程菌20m i n后转化率达到82.1%,30m i n后转化可达到98.3%。

关键词:谷氨酸脱羧酶;7-氨基丁酸;克隆表达;亲和层析;细胞转化中图分类号:Q78文献标志码:A文章编号:1673—1689I2012)03—0302--05C l oni ng,Expr ess i on,Pur i f i cat i on and C har a ct e r i za t i on of G l ut am at eD ecar boxyl as e f r om L act ococcus i act i s subs p.1ac t i s I Ll403Z H A N G T i an—m eng。

M U W an—m en g,J I A N G B o’,Z H A N G T oo,N,L i ang—xi a(S t a t e K e y L aborat or y o f F oo d Sci e nce and T echnol ogy,J i angnan U ni ver s i ty,W uxi214122。

大肠杆菌L-谷氨酸脱羧酶定点突变及其酶学性质初步研究

大肠杆菌L-谷氨酸脱羧酶定点突变及其酶学性质初步研究

大肠杆菌L-谷氨酸脱羧酶定点突变及其酶学性质初步研究摘要:大肠杆菌L-谷氨酸脱羧酶(L-GAD)是一种关键的酶,在生物体内催化L-谷氨酸转化为γ-氨基丁酸(GABA)。

本研究旨在通过定点突变技术对L-GAD进行改造,进而研究突变体的酶学性质。

通过大肠杆菌基因工程技术定点突变D479的临氨酸残基,获得了突变体L-GADD479A。

本研究分别对野生型和突变体L-GADD479A进行了比较分析。

引言:L-GAD是多种生物体内的关键酶之一,具有重要的生理功能。

通过催化L-谷氨酸转化为GABA,L-GAD参与了神经递质的合成以及神经元的抑制传递过程。

近年来,通过对L-GAD的研究,发现L-GAD的活性和稳定性可以通过定点突变来改变。

其中,D479位点在突变中被广泛注目。

材料与方法:将L-GAD的基因克隆至大肠杆菌系统,通过PCR扩增获得谷氨酸酶基因片段。

使用KOD-Plus-Mutagenesis Kit在L-GAD基因的D479位点引入一个临氨酸突变,得到突变体L-GADD479A。

将野生型和突变体经过诱导表达,然后通过Ni-NTA亲和柱纯化获得纯化的L-GAD酶,利用SDS-PAGE进行酶的纯度鉴定。

结果:通过PCR扩增获得了L-GAD基因片段,通过定点突变技术成功将D479位点的天冬氨酸突变为临氨酸。

纯化的野生型和突变体L-GAD经SDS-PAGE分析得出纯度良好。

进一步的酶学性质研究表明,突变体L-GADD479A的酶活性相较于野生型L-GAD下降了20%。

此外,在pH 7.5下,野生型和突变体酶的酶活性最高,而在pH 3.0和pH 9.0时,酶的活性明显下降。

突变体L-GADD479A的热稳定性较野生型L-GAD提高了5℃,更能适应高温条件。

讨论:本研究通过定点突变技术成功地构建了突变体L-GADD479A,并对其酶学性质进行了初步研究。

突变体L-GADD479A在酶活性和热稳定性方面与野生型存在显著差异。

大肠杆菌谷氨酸脱羧酶的结构、功能及其基因表达调控

大肠杆菌谷氨酸脱羧酶的结构、功能及其基因表达调控

大肠杆菌谷氨酸脱羧酶的结构、功能及其基因表达调控赵艳;梁新乐;张虹【期刊名称】《食品与发酵工业》【年(卷),期】2006(032)007【摘要】谷氨酸脱羧酶(glutamate decarboxylase,GAD)广泛存在于原核和真核细胞,催化L-谷氨酸脱羧生成γ-氨基丁酸和CO2.GAD的生物学功能和基因表达调控机制是当前研究的热点.对模式生物大肠杆菌(Escherichia coli)GAD的研究已取得了很大进展.文中综述了E.coli GAD的结构、功能及其基因表达调控机制的研究进展,为GAD的应用和基因操作提供理论依据,也为阐明GAD在真核生物中的生物学功能和基因表达调控机制提供了重要线索.【总页数】4页(P75-78)【作者】赵艳;梁新乐;张虹【作者单位】浙江工商大学食品,生物与环境工程学院,杭州,310035;浙江工商大学食品,生物与环境工程学院,杭州,310035;浙江工商大学食品,生物与环境工程学院,杭州,310035【正文语种】中文【中图分类】TS2【相关文献】1.植物NO3-转运蛋白的结构、功能及基因表达调控 [J], 徐海荣;邓若磊;曹云飞;肖凯2.大肠杆菌在lacZ基因表达和调控方面与气单胞菌、假单胞菌的异同及膜荧光法检测时“假阳性”的克服 [J], 林大榕3.大肠杆菌α-溶血素分泌系统基因表达调控研究进展 [J], 周立雄;张兆山4.朱砂叶螨转录因子TcNrf2对抗氧化酶基因表达的调控功能初步研究 [J], Gao Jintao;LIANG Xiao;WU Chunling;CHEN Qing;CHEN Qian5.鸡致病性大肠杆菌O_1、O_2和O_(78)的Ⅰ型菌毛结构基因表达载体的构建及表达产物的检测 [J], 李尚波;王文成;张贵刚因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。

植物乳杆菌谷氨酸脱羧酶基因的克隆及原核表达

植物乳杆菌谷氨酸脱羧酶基因的克隆及原核表达

植物乳杆菌谷氨酸脱羧酶基因的克隆及原核表达时粲;刘昭明;黎娅;易弋;伍时华【摘要】Based on the sequence of Lactobacillus plantarum WCFS1 published in GenBank, primers were designed and the glutamate decarboxylase encoding gene gadB from L. plantarum QL-14 was amplified by PCR technology. Then the target gene was expressed in Escherichia coli BL21 through fusion expression vector pGEX-4T-3, and the expression condition was optimized and target protein was purified. The results showed that the ORF of gadB gene was 1 407 bp and encoded 469 amino acids, 99.6% homology with L. plantarum WCFS1. After optimizing the inducing condition, the molecular weight and pI of purified GAD protein reached to 53.6 ku and 5.58 respectively, with an activity of 9.9U/mg.%根据GenBank中植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)基因组序列设计引物,利用PCR技术扩增了植物乳杆菌QL-14的谷氨酸脱羧酶编码基因gadB,克隆至表达载体pGEX-4T-3,转化大肠杆菌(Es-cherichia coli)后进行原核表达,对表达条件进行了优化并对表达蛋白质进了纯化。

利用米糠谷氨酸脱羧酶富集γ-氨基丁酸的新研究

利用米糠谷氨酸脱羧酶富集γ-氨基丁酸的新研究
1 2 实验 方 法 、
匀 浆 时 / n mi
12 1 G B 的测 定 .、 A A
采 用 氨基 酸 自动 分 析 仪 进 行 测定 。 12 2 米 糠 富 集 G B .. A A直 接 法 称取 3 、 0 0 g米 糠 , 入 20 m B 加 4 lP S底 物 缓 冲 溶 液 (H、, p 5 6 含谷氨酸钠) 4  ̄ 反应 8h 然后在 9  ̄ 于 0C , 5C下灭酶活 5m n40 0rm n条件下离 心1 i取 上清液 , 12 1方 i, 0 i / 0mn 用 .. 法测定反应液 中 G B A A含量 。 12 3 米 糠 富集 G B .. A A提 酶 法 称取 3 . 米糠 , 入 一 定 量 P S 冲溶 液 ( H 、 ) 0 0g 加 B缓 p 5 6 于 1 0 / i 000rmn条件下 匀浆 , 再在 400 rm n条件下冷冻离心 0 i / 1 i, 0 mn 取上清液 和沉 淀物 , 上清液 中加入一定量谷 氨酸 钠 ,
提 高 G D的 利 用 率 , 方便 了后 期 G B 的 纯化 工 作 , 合 工 业化 生产 要 求 。 A 更 AA 适 关键词 : 氨基丁酸 ;- 酸脱羧酶 ; 糠 ; 一 g氨 米 富集 中图 分 类号 :S 1. 文 献标 识 码 : 文章 编 号 :0 3— 2 2 20 1 02 0 T 20 1 A 10 6 0 (07)0— 0 1— 2
摘 要: 通过一 系列 实验对传 统的直接 法与“ 提酶 法” 富集米糠 一 氨基 丁酸 ( A A) 行 了比较 , G B 进 结果表明提酶法进一 步提 高 了G B A A的产率并且成本 几乎没有增加。“ 提酶法” 即采用米糠谷 氨酸脱羧 酶( A 粗 酶液外加谷 氨酸钠 来富集 G B 产 G D) A A, 率 达 到 37 9 1m /0 糠 , 此 务件 下 可进 一 步采 用 固定 化 酶 的 方 法 固定化 G D粗 酶 液 中的 G D, 而不 仅很 大程 度 上 8 . g 10g米 在 A A 从

香蕉谷氨酸脱羧酶基因(MaGADl)功能的初步研究的开题报告

香蕉谷氨酸脱羧酶基因(MaGADl)功能的初步研究的开题报告

香蕉谷氨酸脱羧酶基因(MaGADl)功能的初步研究的开题报告【导言】香蕉是我国一种重要的经济作物,也是全球重要的水果之一。

香蕉中的氨基酸含量比较丰富,其中谷氨酸是一种重要的氨基酸,是蛋白质的主要组成成分之一。

谷氨酸代谢在香蕉中起着重要的调节作用。

谷氨酸脱羧酶是谷氨酸代谢中的重要酶类,具有将谷氨酸转化为γ-氨基丁酸的作用。

因此,对香蕉谷氨酸脱羧酶基因的研究可以为香蕉的育种和品质改良提供重要的理论基础。

【研究目的】本研究的目的是初步探究香蕉谷氨酸脱羧酶基因(MaGAD1)的功能,并分析其基因表达与谷氨酸代谢之间的关系,为研究香蕉品质提供基础性的数据支持。

【研究内容】(1)香蕉谷氨酸脱羧酶基因的克隆和序列分析,利用PCR扩增技术将MaGAD1基因PCR扩增后进行克隆和测序,对序列进行分析,包括序列特点分析、相似性比对和进化分析等。

(2)建立香蕉谷氨酸脱羧酶基因的原核表达系统,用大肠杆菌表达MaGAD1基因,进行酶活测定和产物分析。

(3)分析香蕉MaGAD1在不同发育阶段和组织中的表达模式,研究MaGAD1与香蕉谷氨酸代谢的关系。

【研究方法】(1)PCR扩增技术:根据MaGAD1基因的已知序列进行引物设计,用PCR扩增技术扩增目的片段。

(2)质粒构建:将MaGAD1基因克隆至表达质粒中,在大肠杆菌中表达。

(3)酶活测定和产物分析:通过酶活测定和产物分析来初步探究MaGAD1的功能。

(4)实时荧光定量PCR:研究MaGAD1在不同发育阶段和组织中的表达模式。

【预期结果】(1)成功将MaGAD1基因克隆到表达质粒中;(2)获取MaGAD1基因的核苷酸序列,进行序列分析;(3)成功构建MaGAD1原核表达系统,并初步探究MaGAD1的功能;(4)分析MaGAD1在不同发育阶段和组织中的表达模式,并初步探究MaGAD1与香蕉谷氨酸代谢之间的关系。

【意义和价值】本研究将从分子水平初步探究香蕉谷氨酸脱羧酶基因的功能及其与谷氨酸代谢之间的关系,为香蕉的育种和品质改良提供理论基础,并对其他水果的研究提供一定的参考价值。

重组谷氨酸脱羧酶大肠杆菌合成Y-氨基丁酸条件的优化

重组谷氨酸脱羧酶大肠杆菌合成Y-氨基丁酸条件的优化

重组谷氨酸脱羧酶大肠杆菌合成Y-氨基丁酸条件的优化(南京农业大学食品科技学院,江苏南京210095)摘要:研究重组谷氨酸脱羧酶大肠杆菌合成、Y-氨基丁酸(y-aminobutyric acid GABA)的适宜条件。

检测温度、pH值、表面活性剂、金属离子、底物与菌体质量比以及反应体系体积对GABA转化效率的影响。

结果表明:最优转化条件为:转化体系5 mL、底物L-谷氨酸钠浓度0. 1mol/L、重组大肠杆菌细胞6.4mg(干质量)、Triton-100体积分数0.06%。

Ca2+浓度0.6mmol /L,转化温度45℃、反应体系pH4.5。

在该体系下反应7 h, GABA合成量达到26.1 g/L, GABA转化效率在1h时达到最高,为13.8 g/ <g.h),较优化前提高1.5倍。

关键词:Y-氨基丁酸;谷氨酸脱羧酶;转化条件;优化Y-氨基丁酸(y-aminobutyric acid GABA)是哺乳动物中枢神经系统一种主要的抑制性神经递质。

GABA具有许多重要的生理功能,如降血压[1}、预防癫痫[2]、抗抑郁[3]、抗疲劳[4]l、控制哮喘[5]和促进激素分泌等。

山于GAGA具有诸多重要的生理功能,已经发展成为一种新型的功能性因子,正逐渐被广泛应用于食品保健、医药、化工及饲料[6]等领域。

目前,国内外都在积极研发富含GAGA的食品,己成功研发的有茶饮料、米胚芽、功能性饮料、乳制品和大豆发酵制品[7-9]。

微生物法制备GAGA的优点很多,如安全性较高、反应条件温和、生产成本较低以及较好的商业化开发应用前景等,因此,近年来微生物法制备GAGA受到国内外学者广泛的关注,其中大肠杆菌、红曲霉、酿酒酵母、乳酸菌等GABA生产菌种研究较为深入。

已有很多研究证明乳酸菌具有合成GAGA的能力[10-13],乳酸菌作为一种有保健作用的益生菌,用其合成GAGA越来越受到人们的青睐,目前用乳酸菌合成GAGA的研究主要集中在菌株的筛选、传统诱变方法以及发酵条件优化上,但是,山于乳酸菌具有发酵周期较长以及培养条件较难制等缺点,在生产强度上处于劣势,而借助基因工程手段构建高拷贝重组质粒,导入宿主菌,可以使谷氨酸脱羧酶(glutamic acid decarboxylase,GAD)表达量提高,获得高GAD活性的基因工程菌,从而缩短生产周期,提高生产强度。

以计算机辅助分子设计方法改造谷氨酸脱羧酶的研究的开题报告

以计算机辅助分子设计方法改造谷氨酸脱羧酶的研究的开题报告

以计算机辅助分子设计方法改造谷氨酸脱羧酶的研究的开题报告一、研究背景及意义谷氨酸脱羧酶是一种重要的酶,可以将谷氨酸转化为酪氨酸,在食品工业、制药工业等领域有着广泛的应用。

目前常规的方法是通过筛选或改造天然酶来得到理想的酶,但这种方法存在种类和数量的限制,效率较低。

因此,采用计算机辅助分子设计方法对谷氨酸脱羧酶进行改造,可以提高酶的效率和稳定性,拓宽谷氨酸脱羧酶在产业上的应用。

二、研究内容本研究拟采用计算机辅助分子设计方法,通过对谷氨酸脱羧酶的结构进行分析和模拟,构建新的酶分子结构,并利用生物活性测试验证其催化性能,以及与天然酶相比的优劣。

具体研究内容如下:1. 收集谷氨酸脱羧酶的基因序列和已知结构。

2. 利用软件建立酶分子模型,并使用计算机自动构建多个酶分子结构。

3. 通过计算机模拟、能量最小化和动力学模拟等方法,对各个构建的酶分子结构进行评价,筛选出合适的酶分子结构作为下一步的研究对象。

4. 制备选择的酶分子结构,并进行生物催化活性测试。

根据活性测试数据,评估新构建酶分子结构的性能优劣。

三、研究计划及进展预期本研究计划于2022年开始,拟分三年时间完整开展。

第一年主要收集谷氨酸脱羧酶的基因序列、已知结构,并进行多个酶分子结构的构建,同时进行相关计算机模拟和评估。

第二年将筛选出合适的酶分子结构进行制备,开展生物催化活性测试,根据数据评估新构建酶分子结构的性能优劣。

第三年完成实验结果分析和论文撰写,整理结果和发表研究论文。

预期结果:通过计算机辅助分子设计方法,得到具有更优良化催化性能和稳定性的新型谷氨酸脱羧酶,提高谷氨酸脱羧酶在产业上的应用。

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有机 体 活 细 胞 中 。微 生 物 具 有 分 布 广 、 生 长 速 度
人 们不 但对 微生 物 中的 G A D进行 研究 , 在 谷物 、 甚 至 水果中的 G A D也有 大 量 研 究 。不 同来 源 的 G A D在
酶学性 质上 存在 一定 的差 异 。大部 分 的 G A D最 适作 用 p H偏 酸性 环 境 , 一般 在 4 . 0— 6 . 0之 间 , 而 当环 境
该方 法并 不 能应 用 于 G A B A大 量 合 成 。微 生 物 法 因
1 谷 氨 酸 脱 羧 酶
1 . 1 不 同来源 的谷 氨酸 脱羧 酶
本 文 概述 了 不 同来 源 的 G A D, 并 对 其 部 分 酶 学
性 质进 行 了 比较 。由表 1可知 , G A D来源 比较 广泛 ,
具有 重 要生 理功 能 的 天然 氨 基 酸 , 具有降低血压、 镇 静安 神 、 增进 脑活 力 、 增强记忆等功能 , 在医药、 食 品 保健 、 化 工等 行业 具有 广泛 应用 前 景 成法 。其 合成 富集 法 和生 物 合 。化学 合成 法 因其反 应条 件较 为 剧 烈 , 且 常 用 到有 毒催 化剂 等 , 限制 了其应 用 范 围。植 物 富集 法 因植 物 生长 周期 长 , 受 资 源和 环境 限制 等 因素 , 因此 ,
关 键 词 谷 氨 酸 脱 羧 酶 ; 一 氨基丁酸 ; 分子改造; 重组 菌构 建

氨基丁酸( ^ y ・ a m i n o b u t y r i c a c i d , G A B A) 是 一 种
随后 , 概述 以谷 氨 酸 为 底 物 合 成 G A B A基 因 工 程 菌 构建及 应用 的研 究进 展 。最后 , 讨 论 了在 棒杆 菌 中构 建 以廉 价底 物葡 萄 糖 为底 物 发 酵 生产 G A B A 的重 组 菌株 , 以便 为工 业化 生产 G A B A提供 了新 的方 向 。
品、 化5 - 等行业。利用谷氨酸脱羧酶催化法合成 G A B A 因其 反 应 条 件 温 、 对 环 境 友 好 和 原 料 易 得 已成 为 当前 研 究 的热 点 。 该 研 究论 述 了催 化 合 成 G A B A 关 键 酶 谷 氨 酸 脱 羧 酶 的分 子 改 造 、 基 因工 程 菌 构 建 等研 究进 展 。
2 ( 江南大学 生物工程学 院, 工业生物技术教育部重点实验室 , 江苏 无锡 , 2 1 4 1 2 2 )
3 ( 江南大学 ( 如皋) 食品生物技术研究所 , 江苏 如皋 , 2 2 6 5 0 0 )
摘 要
- 氨基 丁酸( 一 a mi n o b u t y r i c a c i d , G A B A) 是一种具有 重要生理 功能 的天然氨 基酸 , 广泛应用 在 医药、 食
反应 条 件温 和 、 对 环境 友好 等具 有显 著 的优点 , 因此 , 利用 微 生物 生产 G A B A具有 广 阔 的应 用前 景 。 谷氨 酸脱 羧 酶 ( g l u t a ma t e d e c a r b o x y l a s e ,G A D, E C 4 . 1 . 1 . 1 5 ) 的主 要 功 能是 催 化 . 谷 氨 酸 的 . 羧 基 脱羧 合 成 G A B A, 广泛 分 布于微 生 物 和动植 物 等各 种
G A D进 行分 子 改造 和修 饰研究 。 本 文首 先概 述 了 不 同来 源 的 G A D, 并 比较 了其 部分 酶 学性 质 ; 继 而综 述 了 目前 对 G A D的分 子改 造 ,
对底 物谷 氨酸/ 谷 氨酸 盐 的亲 和 力存 在 较 大 差 别 , 甚 至 同一 属来 源 的 G A D对 底 物 谷 氨 酸/ 谷 氨 酸 盐 的亲
即提高 G A D催 化 活 力 、 热稳定性 , 和拓 展 G A D在 偏 中性 环 境 中的催 化活 力和 催化 效率 方 面的研 究状 况 ;
第一作者 : 硕士 , 助 理研究 员( 杨 套 伟 为 共 同第 一 作 者 , 饶 志 明 教授为通讯作者 , E — ma i l : r a o z h m@ j i a n g n a n . e d u . c n ) 。 基金 项 目: 国家 高技 术 研 究 发展 计 划 ( 8 6 3计划 )( 2 0 1 5 A A 0 2 1 0 0 4 ) ; 江苏 省杰 出 青 年 科 学 基 金 ( B K 2 0 1 5 0 0 0 2) ; 江 苏 省 自然 科 学 基 金
到9 7℃ 。另外 , 由表 1可 以看 出 , 不 同来 源 的 G AD
快、 以及 不受 资 源 、 环 境等限制 , 是 生 物 酶 的 重 要 来 源 。为 了 提高 G A B A合 成效 率 , 研究者对 G A D进 行
了大量研 究 , 包括 筛选 获 得 了 不 同来 源 的 G A D, 并 对
p H> 6时 , G A D活力 急剧 下 降 , 甚 至完 全 丧 失催 化 活 性 。极 少 数 来 源 的 G A D最 适 作 用 p H偏 碱 性 环 境 , 如P .h o r i k o s h i i 来源的 G A D最适作 用 p H为 8 . 0 。大 部分的 G A D最 适 作 用 温 度 在 3 7—5 0℃ , 很 少 来 源 G A D最适 作 用温度 在 5 O℃ 以上 , 目前 报 道 的最 耐 热 的G A D来 源于 P .h o r i k o s h i i , 其 最适作 用温 度 可 以达
DOI : 1 0. 1 3 9 9 5 / j . e n k i . 1 1—1 8 0 2 / t s . 2 0 1 6 1 2 0 3 9
谷 氨 酸 脱 羧 酶 基 因 工 程 改 造 研 究 进 展
靳 春 鹏 , 杨 套 伟 , 徐 美 娟 , 张 显 , 饶志明
1 ( 国家 知 识 产 权 局 专 利 局专 利 审 查 协 作 北 京 中心 , 北京 , 1 0 0 0 8 1 )
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