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粘质沙雷氏菌(Serratia marcescens)ECU1010是本实验室从土壤中筛选得到的专利菌株(保藏号:CGMCCNo.1219),该菌株分泌的脂肪酶可以高效催化拆分消旋体反式-4-甲氧基苯基缩水甘油酸甲酯[(±)-MPGM]。 本文以粘质沙雷氏菌ECU1010脂肪酶为研究对象。 首先,对沙雷氏菌脂肪酶进行分子改造,得到了LipAL315S和LipAS271F两个活力提高的脂肪酶突变体,两者对pNPB的比活力分别是母本的2.6倍和2.2倍。进一步将L315S和S271F这两个突变位点进行组合,构建了突变体LipAL315S/S271F,该突变体的脂肪酶活力进一步提高,是母本的4.6倍。在这三个突变体中,突变体LipAS271F对(±)-MPGM的比活力提高最显著,是母本的3.5倍。 其次,对突变体LipAS271F进行了酶学性质的表征。突变体LipAS271F的最适温度是40℃,最适pH为8.5。突变体LipAS271F的T5015值为49.7℃,相对于母本降低了1.6℃,热稳定性略微下降。野生型脂肪酶LipAWT的Km值为263mM,kcat为131s-1。而突变体LipAS271F的Km值为91mM,kcat为198s-1,因此突变体催化效率的提高主要是因为突变体结构的改变增强底物和酶的亲和力,降低了Km。 再次,为解决沙雷氏菌脂肪酶在大肠杆菌中表达的包涵体问题,构建了沙雷氏菌脂肪酶的同源表达系统。首先将脂肪酶基因连接到表达载体pUC-18上,然后导入沙雷氏菌,成功实现了沙雷氏菌脂肪酶的同源表达,重组沙雷氏菌(pUC-LipAS271F)的发酵活力显著提高,产脂肪酶能力是野生菌的20倍左右。在有抗生素存在的情况下,重组沙雷氏菌发酵产酶高效稳定。 最后,考察了脂肪酶突变体LipAS271F催化拆分(±)-MPGM的性能,在10mL反应体系下,突变体LipAS271F拆分(±)-MPGM的效果显著好于母本。在200mL的体系中,用重组沙雷氏菌制备得到4.32g光学纯的(2R,3S)-MPGM,分离得率是41.5%。发酵上清液的用量仅为野生型沙雷氏菌的1/50,比生产率大大提高。