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海藻糖因具有众多独特的生理功能而被广泛应用于食品加工业、医药业、农业、化妆品产业等各个领域中。海藻糖合酶能够通过一步反应直接催化麦芽糖生成海藻糖,产物组成较简单,不消耗高能物质,原料廉价易得,是工业化生产海藻糖的好方法。来源于嗜热菌的海藻糖合酶具有很好的耐热性,可在较高温度下反应,能够有效避免工业生产过程中的的污染问题,因而备受关注。随着海藻糖应用范围日益扩大,获得一株稳定的、表达量高的、适合工业生产的海藻糖合酶工程菌株成为目前亟待解决的问题。许多来源于真菌、细菌及动植物的海藻糖合酶基因已经克隆得到,并且大部分已在大肠杆菌中成功表达,但目前很少有在酵母等真核表达系统中表达海藻糖合酶的研究报道。
本实验室在前期工作中克隆得到了来自红色亚栖热菌(Meiothermus ruber)CBS-01中的海藻糖合酶基因,并已在大肠杆菌中得到异源表达,该酶的最适反应温度为50℃,且具有较好的温度耐受性,有一定的开发潜力。但由于原核表达体系具有易形成包涵体,产酶量较低,在发酵生产中易丢失表达质粒等缺陷,不利于该酶的工业化生产。巴斯德毕赤酵母表达系统是二十世纪八十年代发展起来的一种新型的外源蛋白表达系统,它具有研究背景成熟,表达框稳定、操作技术简单、表达量高、可高密度发酵生产等优越性,迅速成为目前应用最为广泛、极具发展前景的表达系统之一。鉴于此,本研究构建了海藻糖合酶的毕赤酵母表达系统,并通过对其培养条件进行优化,使红色亚栖热菌海藻糖合酶在毕赤酵母中的表达量达到150mg/L,是在大肠杆菌中表达量的30倍,为工业化发酵生产海藻糖合酶奠定了良好的实验理论基础。
利用Ni-NTA亲和层析和阴离子交换色谱法对海藻糖合酶进行了分离纯化,获得了纯度很高的蛋白酶,并对其酶学性质进行了较详细的检测。结果表明,该酶最适反应温度为50℃,最适作用pH为6.5,并且对温度和pH都具有很好的耐受性,在4℃-60℃以及pH5-pH8范围内耐受60min都能够保留90%以上的活性。此外,4℃冷藏保存2个月对该酶的活性几乎不产生影响,说明该酶非常适合工业化生产海藻糖。