一种热稳定性提高的碱性果胶酶突变体的制作方法

一种热稳定性提高的碱性果胶酶突变体的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种热稳定性提高的碱性果胶酶突变体，属于生物工程【技术领域】。本发明将碱性果胶酶第229位的丝氨酸S点突变为赖氨酸K。相比突变前，突变体在30℃、50℃和55℃下的热稳定性明显提高。此外，突变体的最适反应温度提高了5℃，在55℃下的半衰期是突变前的2.10倍，其Km、Vmax、kcat和kcat/Km等都有改善。本发明提供的碱性果胶酶更加适合工业化生产需求，满足社会生产的要求。
【专利说明】一种热稳定性提高的碱性果胶酶突变体
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种热稳定性提高的碱性果胶酶突变体，属于生物工程【技术领域】。
【背景技术】
[0002]碱性果胶酶(E.C.4.2.2.2,简称PGL)，全称聚半乳糖醛酸裂解酶，在碱性条件下具有高活性，可以利用反式消去作用切断聚乳糖醛酸的α-1，4-糖苷键，将果胶质分解为不饱和的寡聚半乳糖醛酸。该酶广泛存在于细菌、酵母菌、真菌、植物以及和某些寄生线虫。不同来源的碱性果胶酶同源性差异较大。碱性果胶酶广泛应用于食品、纺织、造纸、环境、生物技术等各个领域，在茶和咖啡发酵、纺织和植物纤维加工、油提取、含果胶工业废水处理等发挥巨大作用。
[0003]在棉纤维初生细胞壁的最表面含有很多伴生杂质，如:果胶质、蜡质、含氮物质以及蛋白质等非纤维素类物质，互相包结成为复杂庞大的疏水网状结构。纺织工业中包含精炼步骤，其目的就是去除棉纤维上的杂质，提高棉织物的吸湿功能性，再进行后续加工。传统的化学纺织精炼方法即热碱法，其需要消耗大量的化学品与水资源，环境污染严重，据统计，印染过程中约70%的废水是在这个步骤中产生的。除此之外，热碱处理将对纤维造成严重损伤，机械强度将大幅下降。
[0004]近十几年来，随着分子生物学与工业微生物研究的迅猛快速发展，研究者开始采用基因工程手段构建重组菌，以期实现碱性果胶酶的过量重组表达。目前，已相继出现了利用 Escherichia col1、Bacillus subtilis 和 Pichia pastoris 等作为宿主表达不同来源果胶酶基因的报道。现在对碱性果胶酶的研究主要集中于合成碱性果胶酶工程菌与发酵过程控制。尽管PGL的表达量很高，但是酶的催化效率耐热性等酶学特性还有待进一步改进。我国对碱性果胶酶的研究主要集中在菌种选育、发酵工艺和应用工艺的改良方面，尚缺效价很高的商品碱性果胶酶，为进一步实现工业化铺垫，这方面的研究不容忽视。

【发明内容】

[0005]本发明要解决的第一个技术问题是提供一种热稳定性提高的碱性果胶酶突变体。所述突变体是以氨基酸序列如SEQ ID N0.2所示的碱性果胶酶(野生型)为基础，将第229位的丝氨酸S点突变为赖氨酸K。
[0006]本发明要解决的第二个技术问题是提供构建所述碱性果胶酶突变体的方法，是通过设计引物对编码碱性果胶酶的基因进行定点突变后表达。
[0007]所述构建方法，优选以质粒pET-20b(+)_pgl为模板设计引物进行突变并将突变后的质粒转化进入E.coli JM109进行扩增，然后以E.coli BL21 (DE3)表达含突变基因的重组质粒，得到热稳定性增强的碱性果胶酶突变体。
[0008]所述pET_20b (+)-pgl 的构建方法参见文献！Overproduction of alkalinepolygalacturonate lyase in recombinant Escherichia coli by a two-stage glycerolfeeding approach.2011, Shuying Fang et al.Volumel02，Issue22，pl0671 - 10678。[0009]所述用于定点突变的引物是:
[0010]pglS229K primerl:5’-GACGGCCAAACGGATGCGAAAAACGGCGCTAACTATATC-3’
[0011]pglS229K primer2:5’-GATATAGTTAGCGCCGTTTTTCGCATCCGTTTGGCCGTC-3’ 。
[0012]本发明要解决的第三个技术问题是提供应用基因工程菌发酵生产所述碱性果胶酶突变体的方法，是将含有编码突变碱性果胶酶的基因的重组菌E.coli BL21(DE3)(pET-20b(+)-pglS229K)活化培养后接种到含有IOOyg mL—1氨苄青霉素的发酵培养基中，装液量为50mL/500mL，于37°C，200r mirT1培养；菌体生长到OD6tltl = 0.6，加入终浓度0.4mMIPTG进行诱导，同时将温度调整为30°C，诱导发酵48h。
[0013]所述活化培养是将重组菌Ε.coli BL21(DE3) (pET-20b(+)-pglS229K)接种于含有100μ gmL—1氨苄青霉素的种子培养基中，装液量为20mL/250mL，培养温度37°C，200rpmmirT1摇床上振荡培养IOh。
[0014]所述种子培养基组成(g/L):酵母粉5，胰蛋白胨10，NaCllO，葡萄糖20，pH7.0。
[0015]所述发酵培养基组成:酵母粉24g/L，胰蛋白胨12g/L，甘油5g/L，K2HP0472mmolΙΛ KH2P0417mmol L'
[0016]本发明通过定点突变改造碱性果胶酶基因，使所编码的PGL热稳定性增强；相比突变前，30V保温24h后，突变体的残留酶活提高了 42.29%, 50V保温2h后，突变体的残留酶活是突变前的2.44倍，55°C下保温lh，突变体的仍有51.73%的残留酶活，是突变前的2.40倍。此外，突变体的最适反应温度提高了 5°C，在55°C下的半衰期是突变前的2.10倍，其Km和kMt/Km等都有改善。本发明提供的碱性果胶酶更加适合工业化生产需求，满足社会生产的要求。
【专利附图】

【附图说明】
[0017]图1为本发明构建的突变株以及原始菌株不同温度下的稳定性，WT:突变前碱性果胶酶；S229K:突变后碱性果胶酶。
【具体实施方式】
[0018]碱性果胶酶酶活力检测:取一定量发酵液，8000rpm离心10min，胞外碱性果胶酶位于发酵上清液之中。碱性果胶酶反应体系为:酶稀释液20 μ L，含0.2 % PGA的甘氨酸-NaOH缓冲液(0.2mol ?Λθ.44mmol L—1的CaCl2, pH9.4) 2mL，无活性的酶液为空白对照。碱性果胶酶反应条件为:45°C水浴15min，使用3mL磷酸溶液(0.03mol L-1)终止反应，235nm处测定反应物吸光度值。
[0019]碱性果胶酶酶活单位定义为:I分钟裂解聚半乳糖醛酸产生I μ mol不饱和聚半乳糖醛酸所对应酶量。碱性果胶酶酶活计算方法:
[0020](OD235 XlO6X体系体积X酶液稀释倍数)/(103 X比色杯厚度X 4600 X酶反应线性范围内的酶促反应时间X酶液体积) [0021 ] 碱性果胶酶纯化条件:A液:甘氨酸-NaOH，pH7.5 ；B液:甘氨酸_Na0H，2M硫酸铵，pH7.5 ；5mL 疏水柱[HiTrap Phenvl (high sub) FF], 3mL/min, 30% B 液洗脱得到目的蛋白；30kDa millipore超滤离心管浓缩得到SDS-PAGE电泳纯。 [0022] 碱性果胶酶热稳定性检测:在不同温度下按照标准方法测定酶活力，以处理前酶活定为100%.，将酶液分别在30°C保温24h，40°C保温2h，50°C保温2h，55°C下保温lh，利用冰浴迅速冷却后，按上述方法测残余酶活力，考察其热稳定性。
[0023]碱性果胶酶Km、Vmax检测:在0.05-2g/L不等的底物浓度下测定，由GraphPadPrism5预测得到。
[0024]实施例1突变表达质粒的构建及重组枯草芽孢杆菌的获得
[0025]1、以pET_20b (+) -pgl质粒为模板构建突变表达载体
[0026]编码野生型碱性果胶酶及由21个氨基酸组成的信号肽的基因的核苷酸序列如SEQ ID N0.1所示，野生型成熟碱性果胶酶的氨基酸序列如SEQ ID N0.2所示。通过比对耐热果胶酶序列:Bacillus Iicheniformis 的 CAD56882,来自 Bacillus sp.strain P-4-N 的BAA96478,以及来自 Thermotoga maritima MSB82 的 AAD35518，最适温度分别为 69°C，70°C和90°C。结合碱性果胶酶的三维结构，推测229位的丝氨酸S对碱性果胶酶的热稳定性有较大影响，设计突变实验，将229位的丝氨酸突变成其他三个耐热序列的相同氨基酸一赖氨酸K。
[0027]以pET-20b(+)-pgl质粒为模板，设计引物将第229位的丝氨酸S变为赖氨酸K。用于定点突变的引物:
[0028]pglS229K primerl:5’-GACGGCCAAACGGATGCGAAAAACGGCGCTAACTATATC-3’
[0029]pglS229K primer2:5’-GATATAGTTAGCGCCGTTTTTCGCATCCGTTTGGCCGTC-3’
[0030]PCR反应体系如下:(引物浓度为2O μ mol/L)
[0031]
【权利要求】
1.一种热稳定性提高的碱性果胶酶突变体，其特征在于，是将氨基酸序列如SEQ IDN0.2所示的碱性果胶酶的第229位丝氨酸S点突变为赖氨酸K。
2.编码权利要求1所述突变体的基因。
3.携带权利要求2所述基因的载体或细胞。
4.一种获得权利要求1所述碱性果胶酶突变体的方法，是通过设计引物对编码碱性果胶酶的基因进行定点突变后表达。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，是以质粒pET-20b(+)-pgl为模板设计引物进行突变并将突变后的质粒转化进入E.coli JM109进行扩增，然后以E.coli BL21(DE3)表达含突变基因的重组质粒，得到热稳定性增强的碱性果胶酶突变体。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，用于定点突变的引物是:
pglS229K primerl:5’-GACGGCCAAACGGATGCGAAAAACGGCGCTAACTATATC-3’
pglS229K primer2:5’-GATATAGTTAGCGCCGTTTTTCGCATCCGTTTGGCCGTC-3’ 。
7.应用 基因工程菌发酵生产权利要求1所述碱性果胶酶突变体的方法，其特征在于，是将含有突变碱性果胶酶基因的重组菌活化培养后接种到含有100 μ g mL-1氨苄青霉素的发酵培养基中，于37°C，200r mirT1培养；菌体生长到OD6tltl = 0.6，加入IPTG进行诱导，同时将温度调整为30°C，诱导发酵48h。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述活化培养是将重组菌E.coliBL21(DE3) (pET-20b(+)-pglS229K)接种于含有100 μ g mL—1氨苄青霉素的种子培养基中，培养温度37°C，200rpm摇床上振荡培养IOh。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述种子培养基组成:酵母粉5g/L，胰蛋白胨 10g/L，NaC110g/L，葡萄糖 20g/L，ρΗ7.0。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述发酵培养基组成:酵母粉24g/L，胰蛋白胨 12g/L，甘油 5g/L，K2HP0472mmol L—1，KH2PO417mmoI L—1。
【文档编号】C12N1/21GK103981167SQ201410191602
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年5月7日 优先权日:2014年5月7日
【发明者】陈坚, 堵国成, 刘松, 汪明星 申请人:江南大学