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脂肪酶(EC3.1.1.3.,TriacylglycerolacylhydrolaseLipase)作为一种在有机相中可催化多种底物反应的酶,在生物催化领域有广泛的应用。微生物产的脂肪酶是生物催化反应中催化剂脂肪酶的主要来源。
本课题对一株筛选到的荧光假单孢菌PseudomonasfluorescensB68产的脂肪酶LipB68进行了克隆表达与酶学性质的研究,并探讨了其在生物柴油的生产中的应用。
首先,从菌荧光假单孢菌PseudomonasfluorescenB68的基因组中克隆得到了脂肪酶LipB68基因的完整序列。基因lipB68由1431个碱基组成其开放阅读框(ORF),编译476个氨基酸,理论分子量为50,193Da。同源性分析表明,脂肪酶LipB68属于脂肪酶家族I.3,其与家族内的已知脂肪酶蛋白同源性最高达94%。
其次,将基因lipB68克隆于表达载体pET28a中,并实现了在大肠杆菌BL21(DE3)中以包涵体的形式高量表达。1L发酵液中经亲和层析纯化与其后的变复性可得到约8mg纯度经SDS—PAGE验证为95%的LipB68蛋白。
纯化后的脂肪酶LipB68的基本催化特性的研究表明,在以不同酰基链长的对硝基苯酚酯为水解底物时,其最适底物为对硝基苯酚癸酸酯,其水解比活达75.3U/mg;在反应体系中加入最终浓度为5mM的钙离子可将其比活提高到原来的443%;并且,LipB68在此反应中具有族中已知最低的最适反应温度——20℃(其它同族脂肪酶的最适温度为35-50℃),暗示它是一个低温脂肪酶。
第三,对固定化的LipB68对混旋的α-苯乙醇和α-苯丙醇的手性拆分能力进行了研究,结果表明:以甲苯为溶剂,在20℃反应120小时,其对α-苯乙醇的拆分转化率与eep值分别为24.8%、97%,而对于α-苯丙醇的分别为10.4%与96%。同时,其拆分反应的最适温度也是在20℃,远低于其同族酶的最适温度(45-55℃)。同时,通过比较与优化在两种离子液体[BMIM][BF4]和[BMIM][PF6]中的拆分效率,发现LipB68在此两种离子液体中的反应转化率与选择性比在甲苯中要低得多。
第四,对LipB68进行了初步的突变研究,结果表明其C末端截断的突变体TRB68完全失去酶活,而氨基酸S367→G367的突变体LipB68-ml和在S367→G367突变基础上同时H375→D375的突变体LipB68-m2则热稳定性有不同程度的降低,对不同底物的酶活也有一些改变。
最后,研究表明LipB68可高效地催化生物柴油的生产:在20℃下脂肪酶LipB68反应12小时后产率可达92%;同时论文提出了将微孔硅胶甲醇缓释系统应用于生物柴油生产中的新观点,可以使固定化酶LipB68的回收次数从0次大大提高到6次,而且6次后活力没有明显下降。值得注意的是,其最优反应温度——20℃在生物柴油的生产中(一般为35-50℃)是首次报道,而且作为脂肪酶亚族I.3的成员,LipB68也是首个被证实有催化生产生物柴油能力的脂肪酶。