耐热木聚糖酶XynB的高效表达及其复性研究

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木聚糖酶是木聚糖降解中的关键酶,分布很广,目前已在造纸、食品、饲料、能源、材料、医药等领域得到广泛应用。尤其是耐热特性的木聚糖酶在造纸等行业具有很大的应用潜力,是目前研究的热点。  本论文以实验室已有的基因工程菌JM109/pET28a-xynB64为出发菌株,检测了目的基因xynB64的序列,分析了该酶N端的信号肽序列和C端疏水氨基酸序列。通过分子生物学手段将该酶进行了改造,获得了不含信号肽和组氨酸标签的耐热木聚糖酶XynBⅡ以及不含信号肽序列的耐热木聚糖酶XynBⅢ,其对应的产酶菌株分别为Rosetta(DE3)/pET28a(+)-xynB64(△4-60)和Rosetta(DE3)/pET28a(+)-xynB64(△4-60)-His.Tag。将改造前后的耐热木聚糖酶产生菌在相同条件诱导产酶后对比发现,改造后可溶耐热木聚糖酶表达量增加了近20%,其包涵体表达量降低约10%。  将XynB、XynBⅡ和XynBⅢ的酶学性质进行对比发现,耐热木聚糖酶的最适温度依然在100℃以上,但XynBⅡ和XynBⅢ的温度稳定性有的少量提高;XynB、XynBⅡ、XynBⅢ的最适pH分别在6.5、5.7、6.0; XynBⅡ、XynBⅢ与XynB相比,其pH稳定性几乎没有变化,但前两者能够在更宽的pH范围内保持很高的酶活力。金属离子对XynB、XynBⅡ、XynBⅢ三者影响相近。总的来说,高浓度的Mg2+、Mn2+对本耐热木聚糖酶有显著的激活作用,能够将酶活提高50%~60%;Cu2+、Zn2+、Fe3+及低浓度的Ca2+、Mn2+、Mg2+有很强的抑制作用,可以将酶活降低20%~80%不等;K+、Na+对酶活力基本无影响。  在单因素实验的基础上,利用Plackett-Burman实验设计对诱导相条件中的7个因素(IPTG浓度、酵母粉含量、胰蛋白胨含量、诱导时机、诱导温度、摇床转速、诱导时长)进行评价,方差分析结果表明,诱导温度、诱导时机和摇床转速为影响酶表达的主要因素。在此基础上,采用响应面法进一步优化了这三个因素,当诱导时机为6.40 h、摇床转速为204.28 rpm和诱导温度为41.27℃时,预测酶活为100.967 U/mL,实验验证酶活为106.7 U/mL,稍高于理论值。而改造前的工程菌在其最佳条件下产酶量少于50 U/mL。  使用了镍亲和层析的方式对XynBⅢ进行了纯化,得到了电泳纯的耐热木聚糖酶。同时测得XynBⅢ纯酶的比酶活为1203.85 U/mg。  最后采用稀释复性的方法对XynBⅢ的包涵体进行了复性。结果显示复性蛋白浓度越低,复性效率越高。实验条件下,尿素最适浓度为1.0 mol/L,在12h时复性基本结束,复性缓冲液pH为7.5时复性效率较高。蔗糖的加入可有效提高复性效率,当蔗糖浓度为0.8 mol/L时,复性效率可以达到65.2%。
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