枯草芽孢杆菌基因重组高效表达大豆源抗氧化五肽SHCMN与其靶向调控吸湿特性研究

来源 :大连工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:echo1108
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食源性抗氧化肽是以优质植物性或动物性蛋白质为主要原料,经过适宜的蛋白酶可控酶解、分离纯化、精制等技术而获得的一类具有抗氧化活性的小分子肽;其具有分子量小、活性强、易吸收、稳定性强等优点,但酶解制备存在肽收率低、成本高、分离纯化复杂等缺点。为了满足可规模工业化的生产具有抗氧化活性的蛋白肽基料粉或功能化产品的技术需求,本研究以大豆源抗氧化五肽SHCMN为研究对象,在SHCMN单体间添加精氨酸(R)做为连接氨基酸,利用基因工程技术手段结合Tricine-SDS-PAGE电泳和Western-blot等分析方法,研究了不同串联倍数的前体蛋白His6R(SHCMNR)n在枯草芽孢杆菌与毕赤酵母两个表达体系中的表达情况,进行了基因重组枯草芽孢杆菌1A751-pMA5-20bt高效表达条件优化与定向酶切产物多肽序列鉴定及抗氧化活性分析;此外,还研究了目标肽吸湿特性与其Zn2+靶向调控吸湿位点的作用机理,为后续广泛开展食源性蛋白肽生物合成技术开发提供技术支撑与研究基础。(1)通过在目标五肽SHCMN单体间添加精氨酸(R)做为连接氨基酸,串联成多倍体前体蛋白His6R(SHCMNR)n设计、前体蛋白编码基因与穿梭质粒pMA5重组转化于枯草芽孢杆菌Bacillus subtilis 1A751表达体系设计、编码基因与质粒pPIC9K重组转化于毕赤酵母Pichia pastoris GS115表达体系设计,采用基因工程技术、Tricine-SDS-PAGE电泳、Western-blot、UPLC-MS-MS、RP-HPLC等分析方法,着重对比了枯草芽孢杆菌与毕赤酵母两个表达体系目标蛋白表达差异性。研究结果表明大豆源抗氧化五肽SHCMN的10倍串联体前体蛋白His6R(SHCMNR)10在Bacillus subtilis体系中成功获得表达,而在Pichia pastoris GS115体系中未见表达;重组菌株1A751-pMA5-15bt和1A751-pMA5-20bt均能表达出目的蛋白His6R(SHCMNR)15和His6R(SHCMNR)20,并存在于胞内上清中;重组菌株1A751-pMA5-20bt表达的目标蛋白His6R(SHCMNR)20不是单纯以单一形式存在,还以多聚体形式存在;利用Ni-NTA-琼脂糖亲和层析和G-75葡聚糖凝胶层析纯化获得的目标蛋白His6R(SHCMNR)20,能够通过胰蛋白酶和羧肽酶B定向酶切释放大豆源抗氧化五肽单体SHCMN。(2)在目标蛋白His6R(SHCMNR)20高效表达条件的优化研究中,以基因重组枯草芽孢杆菌1A751-pMA5-20bt作为发酵菌株,采用单因素和响应面试验设计相结合的研究方法,以菌体密度(OD600值)和目标蛋白His6R(SHCMNR)20的Western-blot灰度值为衡量指标,重点考察了发酵培养基种类、接种量(%)、发酵时间(h)及发酵温度(°C)对基因重组发酵菌株1A751-pMA5-20bt的菌体密度和目标蛋白His6R(SHCMNR)20表达产量的影响。研究结果表明摇瓶水平下的最佳发酵条件为:2×SR培养基,接种比例2.43%,温度28.1°C,发酵时间为34.2小时。在此发酵条件下,目标蛋白His6R(SHCMNR)20表达产量为40.2 mg/L培养基。(3)在目标蛋白His6R(SHCMNR)20定向酶切产物的抗氧化活性评价研究中,以标准抗氧化剂Trolox做为阳性对照,羟基自由基清除率(%)、DPPH自由基清除能力(%)、ABTS自由基清除率(%)和氧自由基吸收能力(ORAC值)做为抗氧化活性评价指标。研究结果表明目标蛋白His6R(SHCMNR)20定向酶切产物浓度为0.5 mg/m L时,羟基自由基清除率为13.22±1.27%,而DPPH自由基清除率可达74.7±0.5%(Trolox当量69.1μM);定向酶切产物浓度在0.125 mg/m L时,ABTS·+自由基清除率为67.3±1.6%(Trolox当量49.6μM);定向酶切产物浓度在0.1 mg/m L时的氧自由基吸收能力Trolox当量值为67.27μM。综上四种评价方法均可证明目标蛋白His6R(SHCMNR)20的定向酶切产物均具有一定的抗氧化活性,且对氧自由基的清除活性最高。(4)基于目标蛋白His6R(SHCMNR)20的定向酶切产物具有一定的吸湿特性,以Fmoc固相合成技术获得的大豆源抗氧化五肽SHCMN为研究对象,以前期研究发现同源的SHECN为对照样品,利用动态水蒸气吸附(DVS)、低场核磁技术(LF-NMR)等技术方法,重点开展了大豆源抗氧化五肽SHCMN在加工或贮藏环境中的水分子与肽分子间的水分迁移规律研究。DVS实验结果表明大豆源抗氧化五肽SHCMN具有比较显著的吸湿特性,且当相对湿度RH为95%时其质量可增加17.67%;从T2弛豫时间分布曲线和氢质子密度图可见大豆源抗氧化五肽SHCMN的吸附水主要以结合水形式存在。(5)在Zn2+靶向调控大豆源抗氧化五肽吸湿位点研究中,以F-moc固相合成技术获得的大豆源抗氧化五肽SHCMN与其锌螯合物SHCMN-Zn为研究对象,利用紫外光谱、元素分析、扫描电镜、X射线衍射、中红外光谱、DVS、LF-NMR等多种分析手段,探究了Zn2+靶向调控大豆源抗氧化五肽吸湿位点的作用机理。研究结果表明Zn2+与五肽SHCMN分子结构中的羧基氧原子、氨基氮原子相互作用形成肽锌螯合物,呈现为球状晶体结构;从DVS实验结果可知,二者的吸湿等温线均为Ⅲ型等温线;当相对湿度RH在95%时,SHCMN-Zn螯合物的水分吸附量低于SHCMN肽粉;LF-NMR结果表明,在相对湿度RH为93.4%条件下放置220 min,大豆源抗氧化五肽SHCMN肽粉和SHCMN-Zn螯合物质量变化分别为22.69%和10.61%,能够证明可以通过Zn2+螯和靶向调控抗氧化五肽的吸湿位点,为后续开展控制蛋白肽粉吸湿行为研究提供技术支撑。
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