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本研究在前期工作基础上,进一步对脱色菌AN3及脱色酶TpmD进行了深入研究,取得了理论及应用方面的一些进展。
分离到一株三苯基甲烷类染料脱色菌AN3,经鉴定为Brevibacteriumepidermidis。通过对生长及脱色特点的研究,证实了脱色菌AN3对三苯基甲烷类染料脱色效果明显脱色能力稳定,适用于一般环境条件下的污水处理系统。
用PCR方法从嗜水气单胞菌DN322基因组中扩增出编码三苯基甲烷类染料脱色酶TpmD的基因,与表达载体pET-22b(+)连接构建成重组质粒pET22-tpmD,转化大肠杆菌BL21(DE3)得到重组工程菌株。经IPTG诱导,基因tpmD可高效表达,粗酶液比活力达到569.5 U/mg。表达产物经Ni-NTA亲和层析法一步纯化,比活力达到1075.3 U/mg,蛋白纯度达94.05%。重组工程菌株的成功构建为大量制备该酶并深入研究细菌催化三苯基甲烷类染料脱色机理和酶蛋白结晶提供了材料。
分别对用乳糖作为诱导剂时的诱导时机、乳糖浓度、诱导持续时间和添加方式进行优化并与IPTG诱导的差异等方面进行了比较分析,确定了乳糖诱导的最佳条件。结果表明,在工程菌对数生长中期(OD600约为0.8)添加终浓度为0.4 mmol/L,的乳糖诱导6h能获得最大菌体量和目的蛋白量。由于乳糖可以作为碳源被菌体利用,分批添加乳糖效果优于一次性添加。乳糖诱导条件下目的蛋白表达量占总蛋白的35.62%,与IPTG诱导条件下的35.03%无明显差异。乳糖诱导后外源蛋白的表达时间有所滞后,但收获的菌体量高于IPTG诱导,显示出了乳糖同样是一种T7启动子的廉价高效诱导剂,可以代替昂贵的IPTG用于脱色酶TpmD的规模化发酵,同时也为其他重组蛋白的生产提供了有益的参考和借鉴。
分子建模结果显示,TpmD和TMR两者由于碱基序列的高度相似性,其整体结构形态上并没有显著差异。然而在TMR中,底物结合通路上极性、大位阻的谷氨酰胺的存在使得通路变得狭窄,不利于底物与酶的结合,从而影响了酶的活性。