【摘 要】
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几丁质是自然界第二大可再生资源。几丁质的完全水解产物N-乙酰氨基葡萄糖是一种广泛应用于食品、医药、化妆品、农业、工业等方面的单糖。通过生物酶法降解几丁质,高效利用几丁质资源,是产业发展方向。本研究首先从Streptomyces alfalfa ACCC40021基因组中克隆出一个GH20家族的β-N-乙酰己糖胺酶SaHEX,测定酶学性质并评价其与几丁质酶的协同作用。其次,在实验室的前期研究基础上,
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几丁质是自然界第二大可再生资源。几丁质的完全水解产物N-乙酰氨基葡萄糖是一种广泛应用于食品、医药、化妆品、农业、工业等方面的单糖。通过生物酶法降解几丁质,高效利用几丁质资源,是产业发展方向。本研究首先从Streptomyces alfalfa ACCC40021基因组中克隆出一个GH20家族的β-N-乙酰己糖胺酶SaHEX,测定酶学性质并评价其与几丁质酶的协同作用。其次,在实验室的前期研究基础上,对GH19家族几丁质酶SaChiB进行进一步的酶活及动力学参数测定,评估其与SaHEX协同作用降解晶体α-几丁质的潜力。最后,将SaChiB与SaHEX融合,构建了新型融合几丁质酶,提高几丁质酶的降解活性与转化效率,一步高效降解α-几丁质晶体生成GlcNAc。1.本研究克隆了 GH20家族的β-N-乙酰己糖胺酶,在大肠杆菌BL21(DE3)中成功表达。纯化后的SaHEX在60℃和pH 5.5时具有最高活性,温度在50℃以下,pH在4.5-8.5时具有很好的稳定性。SaHEX的底物谱广泛,对pNP-GlcNAc具有1149.7 U/mg的高活性,可以水解不同聚合度的几丁寡糖和胶体几丁质。薄层层析分析表明其是一种外切酶。其与商品化的几丁质酶SgCtn具有很好的协同作用,协同程度为3.1,50 μg/mL SaHEX和2 mg/mL SgCtn协同作用降解1%胶体几丁质6 h可以达到93.7%的转化率,GlcNAc是唯一的产物(纯度>98%)。2.本研究同时对Streptomyces alfalfa ACCC40021来源的GH19家族几丁质酶SaChiB进行了生物信息学分析,分析结果表明其是一个具有双结构域的几丁质酶,具有GH19几丁质酶典型的序列特征。探究了诱导温度对其表达水平的影响,并实现了高水平的可溶性表达。SaChiB的底物谱广泛,对不同形式的几丁质都具有活性。2 mg/mL SaChiB与50 μg/mL SaHEX组成的1%α-几丁质降解体系在8 h可以达到95.2%的转化率,获得2.88 g/L的GlcNAc(纯度>98%)。3.为了使几丁质的降解效率进一步提高,将SaChiB与SaHEX进行融合构建新型几丁质酶SaChiB-HEX。融合几丁质酶SaChiB-HEX在30℃和pH7.0时具有最高活性,在45℃以下的温度和4.5-8.5范围内的pH时具有很好的稳定性。SaChiB-HEX的底物谱广泛,既具有几丁质酶的活性可以水解不同形式的几丁质,又具有β-N-乙酰己糖胺酶的外切活性,将(GlcNAc)2水解为GlcNAc。5 nmol/mL(423.5 μg/mL)SaChiB-HEX水解1%α-几丁质8 h时,还原糖产率达到最大99.4%,且生成唯一的产物GlcNAc,融合几丁质酶SaChiB-HEX显著提高了几丁质的降解效率,具有工业化应用生产GlcNAc的潜力。
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