一種酶活性及熱穩定性提高的穀氨醯胺轉氨酶的製作方法

2023-05-29 13:56:41

專利名稱：一種酶活性及熱穩定性提高的穀氨醯胺轉氨酶的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種穀氨醯胺轉氨酶，特別是ー種酶活性及熱穩定性提高的穀氨醯胺轉氨酶。
背景技術：
微生物穀氨醯胺轉胺酶(蛋白質-穀氨酸-穀氨醯胺轉胺酶，Microbial Transglutaminase, EC2. 3. 2. 13簡稱MTG)其生物學功能是直接改變蛋白質本身以及蛋白質所附著的細胞、組織等的結構與功能性質的特性，提高蛋白質的營養價值。因此，MTG在食品、紡織、生物製藥等領域有著廣泛的應用前景。但由於MTG自身的一些缺陷如比酶活、熱穩定性等因素，限制了 MTG的應用範圍。因此基於已得到的MTG在大腸桿菌中的表達平臺，利用胺基酸缺失和飽和突變，對MTG進行分子改造，以期得到酶學性質更適合エ業應用的 MTG。

發明內容
為改善MTG比酶活低，熱穩定性差的現狀，本研究通過對MTG的N端胺基酸進行缺失，從而降低底物與MTG活性中心的結合阻力，提高MTG對底物的親和能力。對得到比酶活提高的突變株繼續利用飽和突變，改變MTG內部胺基酸之間的極性作用，繼而提高MTG比酶活和熱穩定性。本研究提供一種新的改造思路，結合理性設計和飽和突變，提高改造效率，並得到了比酶活和熱穩定都提高的突變株。在前期研究中，本研究室篩選出一株新的產穀氨醯胺轉胺酶的菌株(Streptomyces hygroscopicus CCTCC NO. M203062),通過基因克隆方法，得到了 MTG基因序列及其上下遊序列，含MTG自身的啟動子和終止子(Genebank EU477523 )，並實現了 MTG和其酶原區在大腸桿菌中的高效表達(Liu S，Zhang D, Wang M, Cui ff, ChenK, Liu Y, Du G, Chen J, Zhou Z (2011)The pro-region of Streptomyces hygroscopicustransglutaminase affects its secretion by Escherichia coll. FEMb Microbiol Lett324(2) :98-105)。基於大腸桿菌構建平臺，我們對MTG成熟酶N端胺基酸進行缺失和飽和突變，得到了酶學性質較好的突變株。本發明所用到的培養基LB 培養基胰蛋白腖 10g/L、酵母粉 5g/L、NaCl 10g/L, pH 7. O ；TB 培養基蛋白腖 12g/L，酵母膏 24g/L，甘油 8g/L，17mmol/L KH2PO4, 7 2mmo I/LK2HPO4。本發明中穀氨醯胺轉胺酶活力的測定比色法測定酶活以N- a -CBZ-GLN-GLY為作用底物，L-穀氨酸-Y單羥胺酸做標準曲線。I個單位穀氨醯胺轉胺酶酶活定義為37C時每分鐘催化形成I μ mol L-穀氨酸-Y單羥胺酸的酶量(U/mL)。試劑A :IOOmg 的 N a -CBZ-GLN-GLY 溶解於 2mL 0. 2moL/L 的 NaOH 溶液中，加入O. 2mol/L pH6. O 的 Tris-HC 緩衝液 4mL，0. lmol/L 羥胺 2mL，0. Olmol/L 的還原型穀胱甘肽2mL,並調節pH至6. O。試劑 B 3mol/L 的 HCL, 12%TCA, 5%FeCL3 按 I : I : I 混合。配製0-4 μ mol/mL的L-穀氨酸-Y -單異羥肟酸標準溶液。取ImL試劑A與O. 4mL不同濃度的L-穀氨酸-Y -單異羥肟酸標準溶液混合，37°C水浴10分鐘。加O. 4mL試劑B終止反應，在525nm比色，繪製出標準曲線。以O. 4mL經適當稀釋的酶液代替標準溶液，在相同條件下保溫和比色，從標準曲線求出酶活。以100C加熱10分鐘的離心後的上清液為空白。酶活力(u/mL) = (6. 8548XOD525-O. 0164) X 稀釋倍數本發明以MTG在大腸桿菌中的高效表達為改造平臺，對MTG成熟酶N端胺基酸進行缺失和飽和突變，得到了酶學性質較好的突變株，比酶活提高I. 85倍，熱穩定性提高2. 7倍。改造後的酶更適合エ業應用，可降低生產成本，提高生產效率。


圖IS. hygroscopicus來源MTG晶體結構模擬圖2TGase N端缺失發酵上清(A)和純化蛋白SDS-PAGE(B)圖3飽和突變株發酵上清酶活和熱穩定性檢測表IMTG發酵上清酶活和TGase酶學性質表2MTG突變株酶學性質
具體實施例方式實施例I :吸水鏈黴菌來源MTG晶體結構模擬以已報導的S. mobaraensis的TGase晶體結構為模板，在swiss-model網站(http: // swissmodel. expasy. org/)模擬 S. hygroscopicus TGase 的晶體結構，如圖 I 所
/Jn ο實施例2 :高活性突變株的獲得(Dell-4)I、利用定點突變試劑盒(TaKaRa)，分別缺失N端的7個胺基酸(Asp UAla 2、Ala
3、Asp 4、Glu 5、Arg 6、Val 7)，缺失ー個胺基酸命名為Del I，以此類推，缺失前七個胺基酸命名為Dell-7，轉化子由上海生エ進行測序。2、將測序正確的質粒，轉化E. coli BL 21，挑選轉化子接種到LB液體培養基中，37°C，培養12h，轉接到TB培養基中，接種量為3%。菌體長到OD6tltl為2時，加入IPTG誘導，並將培養溫度降到20°C，培養48h。3、收集發酵上清，檢測發酵上清酶活，並對樣品進行His-鎳柱純化，純化蛋白電泳如圖2所示。 4、對純化的蛋白的比酶活和Km值進行測定，結果如表I所示。實驗結果表明Del1，比酶活有提高，但Del 1-2酶活明顯降低，當缺失到Del l_3、Del 1_4的酶活得到明顯提高，而缺失到Del 1-5,Del 1_6酶活降低，到Del 1_7則檢測不到酶活。對缺失後的序列在swiss-model中模擬晶體結構，如圖3所示，由於是N端胺基酸的缺失，TGase結構基本沒變，但是對於N端loop結構的位置影響比較大，Del UDel 1-3, Del 1-4, Del 1_5的N端都有活性中心上遊轉移到了ー側，而Del 1-2的loop則仍在活性中心上遊，且更靠近活性中心，同時檢測Km值，Del 1-2的Km值偏大，說明缺失N端1_2影響了 TGase與底物的結
合能力，而Del 1-3、Del 1-4的Km值和對照相比偏小，說明N端由活性中心上遊轉移到一
偵牝有助於底物的結合。表I MTG發酵上清酶活和TGase酶學性質
權利要求
1.一種酶活性及熱穩定性提高的穀氨醯胺轉氨酶，其特徵在於胺基酸序列如SEQ IDNO. I所示。
2.權利要求I所述的穀氨醯胺轉氨酶，其特徵在於還可以為第一位的胺基酸由E突變為D。
3.製備權利要求I所述穀氨醯胺轉氨酶的方法，其特徵在於以含有S.hygroscopicusTGase的載體為材料，利用定點突變試劑盒獲得SEQ ID NO. I所示的胺基酸序列，突變後的載體轉化大腸桿菌，發酵純化後獲得權利要求I所述的酶活性及熱穩定性提高的穀氨醯胺轉氨酶。
全文摘要
本發明公開了一種酶活性提高的穀氨醯胺轉氨酶，其胺基酸序列如SEQ ID NO.1所示。本發明以MTG在大腸桿菌中的高效表達為改造平臺，對MTG成熟酶N端胺基酸進行缺失和飽和突變，得到了酶學性質較好的突變株，比酶活提高1.85倍，熱穩定性提高2.7倍。改造後的酶更適合工業應用，可降低生產成本，提高生產效率。
文檔編號C12R1/55GK102660515SQ201210145179
公開日2012年9月12日 申請日期2012年5月10日 優先權日2012年5月10日
發明者劉松, 堵國成, 張東旭, 陳堅, 陳康康, 馬建龍 申請人:江南大學