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北京棒杆菌新型天冬氨酸激酶双突变株Y198N/D201M的构建及酶学性质表征

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食品科学 2020年第18期41卷 127-133页

作者：魏贞韩彩静高云娜樊占青王亚南王哲人闵伟红吉林农业大学食品科学与工程学院小麦和玉米深加工国家工程实验室吉林长春130118

利用定点突变提高天冬氨酸族氨基酸合成途径中的首个关键别构酶天冬氨酸激酶(aspartate kinase,AK)活力,并解除其受到代谢产物赖氨酸(Lys)与苏氨酸(Thr)的协同反馈抑制。在获得北京棒杆菌单体AK并分析结构的基础上,选取ATP周围的关键残... 详细信息

利用定点突变提高天冬氨酸族氨基酸合成途径中的首个关键别构酶天冬氨酸激酶(aspartate kinase,AK)活力,并解除其受到代谢产物赖氨酸(Lys)与苏氨酸(Thr)的协同反馈抑制。在获得北京棒杆菌单体AK并分析结构的基础上,选取ATP周围的关键残基位点Tyr198和Asp201进行饱和定点突变,采用高通量筛选方法成功获得了酶活力提高到18.26倍的双突变体Y198N/D201M,动力学结果显示,K_m值由野生型(wild type,WT)的3.58 mmol/L减小到2.37 mmol/L,与底物亲和力增强;n值由WT的1.91减小到1.58,正协同性降低。酶学性质研究表明:双突变体Y198N/D201M最适反应温度由WT的25℃增至28℃,最适pH值由WT的8.0降至7.5,半衰期由WT的4.66 h延长至5.32 h。突变体Y198N/D201M较WT,在各个抑制剂浓度下活性抑制作用表现出不同程度的减弱,甚至在5 mmol/L和10 mmol/L Lys+Met、Thr+Met和Lys+Thr+Met条件下有激活作用。

关键词：北京棒杆菌天冬氨酸激酶双突变株酶活力酶学性质

北京棒杆菌天冬氨酸激酶突变体R169H的构建及酶学性质表征

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微生物学报 2014年第6期54卷 663-669页

作者：李慧颖朱运明闵伟红詹冬玲任军吉林农业大学食品科学与工程学院小麦和玉米深加工国家工程实验室吉林长春130118

【目的】提高北京棒杆菌(Corynebacterium pekinense)中天冬氨酸激酶(aspartokinase,AK)活力。【方法】利用定点突变技术对AK基因进行突变,并将突变体转入大肠杆菌(Escherichia coli)BL21中异源表达。重组菌经超声破碎后、利用镍柱对AK... 详细信息

【目的】提高北京棒杆菌(Corynebacterium pekinense)中天冬氨酸激酶(aspartokinase,AK)活力。【方法】利用定点突变技术对AK基因进行突变,并将突变体转入大肠杆菌(Escherichia coli)BL21中异源表达。重组菌经超声破碎后、利用镍柱对AK进行纯化,并经SDS-PAGE和Western blot验证。通过检测酶活力比较突变体和野生型动力学变化并研究突变体和野生型的部分酶学性质。【结果】成功构建突变体R169H。经验证知,AK分子量为48kDa。突变体R169H的Vmax为226.3 U/mg·s-1,较野生型提高2.3倍。最适反应温度为26℃,与野生型经验值相同;最适反应pH为9.0,较野生型经验值8.0有所提高;在最适温度和pH值下的半衰期为5.5 h,比野生型的4h稳定性要好;代谢产物赖氨酸、苏氨酸和蛋氨酸在低浓度时对AK均具有激活作用。【结论】突变体中R169与E92间氢键消失,能够影响亚基间聚合度,降低酶对底物的亲和力,减弱代谢产物对AK的反馈抑制作用,从而使R169H中AK的Vmax提高2.3倍。

关键词：北京棒杆菌天冬氨酸激酶突变酶学性质

北京棒杆菌邻氨基苯甲酸合成酶基因的克隆、序列分析及表达

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微生物学报 2007年第1期47卷 48-53页

作者：陈小芳赵智张英姿王宇丁久元李开张春花中国科学院微生物研究所北京100080 中国科学院研究生院北京100049 不详

以北京棒杆菌(Corynebacterium pekinense)野生株AS1.299和突变株PD-67的基因组为模板,用PCR方法扩增了邻氨基苯甲酸合成酶(AS)基因(trpEG)片段和前端控制序列。核酸序列分析结果表明,该片段全长3374bp,包含3个ORF,推测分别为前导肽基因... 详细信息

以北京棒杆菌(Corynebacterium pekinense)野生株AS1.299和突变株PD-67的基因组为模板,用PCR方法扩增了邻氨基苯甲酸合成酶(AS)基因(trpEG)片段和前端控制序列。核酸序列分析结果表明,该片段全长3374bp,包含3个ORF,推测分别为前导肽基因trpL、AS componentⅠ基因trpE和AS componentⅡ基因trpG。C.pekinense野生株AS1.299与突变株PD-67相比较,trpL基因完全一样;trpE基因有6个碱基的突变,导致了5个氨基酸残基的改变;trpG基因有1个碱基的突变,导致了1个氨基酸残基的改变;同时它们在-35序列处还有一个A→G的突变。通过同源性比较发现,C.pekinense AS1.299与Corynebacterium glutamicum ATCC13032和Brevibacterium lactofermentum的亲缘关系是很近的。trpL基因上游存在启动子区域,并能被Escherichiacoli的RNA聚合酶所识别,实现异源互补。野生型和突变型AS基因在C.pekinense AS1.299和PD-67中都得到表达,并且重组菌相对于宿主菌的酶活都有了很大提高。摇瓶发酵实验结果表明,带有突变型AS基因的PD-67重组菌生长比较慢,稳定期比PD-67推迟24h,但产生的L-色氨酸比PD-67高22.39%。

关键词：北京棒杆菌邻氨基苯甲酸合成酶 L-色氨酸

北京棒杆菌天冬氨酸激酶五突变体的构建及酶学性质表征

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食品工业科技 2021年第16期42卷 112-118页

作者：王哲人刘晓婷樊占青王亚南魏贞高欣方丽闵伟红吉林农业大学食品科学与工程学院小麦和玉米深加工国家工程实验室吉林长春130118

目的:天冬氨酸激酶(aspartate kinase,AK)是催化天冬氨酸族氨基酸合成的第一个关键别构酶,为了提高其活力,并削弱或解除末端产物赖氨酸(Lys)与苏氨酸(Thr)对AK的协同反馈抑制。方法:在获得的北京棒杆菌四突变体T379N/A380C/G171I/Y198N ... 详细信息

目的:天冬氨酸激酶(aspartate kinase,AK)是催化天冬氨酸族氨基酸合成的第一个关键别构酶,为了提高其活力,并削弱或解除末端产物赖氨酸(Lys)与苏氨酸(Thr)对AK的协同反馈抑制。方法:在获得的北京棒杆菌四突变体T379N/A380C/G171I/Y198N AK(NCIN AK)的基础上,发现G295位点与抑制剂Thr通过氢键相连且高度保守,对G295位点进行定点饱和突变,提取质粒,转入大肠杆菌BL21感受态细胞中诱导表达,采用高通量筛选获得酶活力显著提高的突变株,对野生型(Wild type,WT)、五突变体T379N/A380C/G171I/Y198N/G295L AK(NCINL AK)进行酶动力学研究和酶学性质表征。结果:成功构建五突变体NCINL AK,最大反应速率V_(max)为259 U/(mg·min)。与野生型相比,米氏常数K_(m)值由3.44 mmol/L减小到0.93 mmol/L,酶与底物结合更加紧密;希尔系数n值由2.73降为1.21,正协同性降低;最适反应温度由25℃提高到28℃,最适pH由8.0升至8.5,半衰期由4.7 h延长至5.2 h;五突变体NCINL AK较野生型WT AK,不同底物抑制剂浓度在0.2、1.0、5.0、10.0 mmol/L时,抑制作用被不同程度的减弱,甚至Lys抑制作用被完全解除,且在10 mmol/L Thr条件下有激活作用。结论:本实验获得酶活力提高87.20倍的五突变体NCINL AK,酶学性质得到明显改善,在一定抑制剂浓度范围内,基本解除Lys对AK的反馈抑制作用,Thr的反馈抑制得到一定缓解,提高了积累大量天冬氨酸族氨基酸的可能性,为构建高产天冬氨酸族氨基酸菌株提供参考,使甲硫氨酸(Met)等氨基酸的无污染、高效生产成为可能。

关键词：北京棒杆菌天冬氨酸激酶五突变体酶动力学酶学性质

过表达pps基因和aroG^(fbr)基因对北京棒杆菌L-色氨酸合成的影响

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微生物学报 2014年第1期54卷 24-32页

作者：臧传刚赵智王宇张英姿丁久元中国科学院微生物研究所北京100101 中国科学院大学研究生院北京100049

【目的】通过增加北京棒杆菌(Corynebacterium pekinense)PD-67芳香族氨基酸合成的前体物质磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)的供应,解除终产物对芳香族氨基酸合成途径中第一个酶同时也是关键酶3-脱氧-D-阿拉伯庚酮糖-7-磷酸合酶(DS)的反馈抑制并... 详细信息

【目的】通过增加北京棒杆菌(Corynebacterium pekinense)PD-67芳香族氨基酸合成的前体物质磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)的供应,解除终产物对芳香族氨基酸合成途径中第一个酶同时也是关键酶3-脱氧-D-阿拉伯庚酮糖-7-磷酸合酶(DS)的反馈抑制并提高抗反馈抑制的DS的活力,使碳流更多地流向芳香族氨基酸合成途径,从而积累更多L-色氨酸。【方法】运用PCR技术扩增北京棒杆菌PD-67磷酸烯醇式丙酮酸合酶基因pps,与表达载体连接构建重组质粒pXPS;运用重叠PCR技术定点突变大肠杆菌(Escherichia coli)受苯丙氨酸调控的DS基因aroG,使相应的编码氨基酸序列发生突变:Leu175Asp,新的基因命名为aroGfbr,与表达载体连接构建重组质粒pXA;构建pps和aroGfbr的共表达重组质粒pXAPS。将3个重组质粒分别转入菌株PD-67,构建工程菌株PD-67/pXPS、PD-67/pXA和PD-67/pXAPS。通过摇瓶发酵研究工程菌株的发酵特性。【结果】酶活分析结果表明,pps基因和aroGfbr基因在北京棒杆菌PD-67中均实现了表达。工程菌株PD-67/pXA粗酶液DS抗反馈抑制分析表明,AroGfbr已解除酪氨酸和苯丙氨酸的反馈抑制。过表达pps基因和aroGfbr基因分别使工程菌L-色氨酸产量提高12.1%和26.8%,双基因共表达可使工程菌的产酸量提高35.9%。【结论】北京棒杆菌PD-67pps基因的过表达以及大肠杆菌来源的解除反馈抑制的aroGfbr的过表达均有助于增加PD-67 L-色氨酸的合成,而双基因的共表达可以进一步提高L-色氨酸的积累量。

关键词：北京棒杆菌磷酸烯醇式丙酮酸合酶 3-脱氧-D-阿拉伯庚酮糖-7-磷酸合酶反馈抑制过表达 L-色氨酸

磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶基因的敲除对北京棒杆菌PD-67的生理代谢的影响

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微生物学报 2010年第10期50卷 1334-1340页

作者：陆敏涛赵智张英姿王宇丁久元中国科学院微生物研究所北京100101 中国科学院研究生院北京100049

【目的】为了优化L-色氨酸合成的前体供应,构建北京棒杆菌PD-67(Corynebacterium pekinense PD-67)磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(EC:4.***.1.31,phosphoenolpyruvate carboxylase,PEPCx)基因ppc敲除的菌株,并研究ppc基因敲除对菌株生理特性的影响。【方法】运用PCR技术扩增ppc基因的上游和下游序列,构建带有目标基因内部缺失的基因整合载体。通过同源重组技术将C.pekinense PD-67的ppc基因敲除,构建ppc基因缺陷突变株C.pekinense PD-67-Δppc。通过摇瓶发酵研究突变株的生理特性,并测定突变株丙酮酸激酶和丙酮酸羧化酶的活性。【结果】PCR验证和PEPCx活性分析结果表明,筛选到ppc缺陷的突变株。摇瓶发酵结果表明,与出发菌株相比,突变株的生长速率下降,生物量降低20%,L-色氨酸积累降低62%,丙酮酸激酶活力提高,而丙酮酸羧化酶活力下降。【结论】C.pekinense PD-67的ppc基因敲除以后,对菌株的代谢影响较大。仅通过阻断PEPCx催化的回补途径,减少磷酸烯醇式丙酮酸的分支代谢,不能提高该菌株L-色氨酸的积累。

关键词：北京棒杆菌磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶 L-色氨酸基因敲除

北京棒杆菌AS1.299高丝氨酸脱氢酶突变体L200F/D215K的异源表达及酶学性质

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微生物学报 2014年第10期54卷 1178-1184页

作者：申术霞朱运明闵伟红方丽许金坤吉林农业大学食品科学与工程学院吉林长春130118 小麦和玉米深加工国家工程实验室吉林长春130118

【目的】对北京棒杆菌Corynebacterium pekinense高丝氨酸脱氢酶(homoserine dehydrogenase,HSD)进行空间结构改造从而获得优良性能新酶。【方法】利用定点突变技术构建HSD双突变体L200F/D215A、L200F/D215E、L200F/D215G和L200F/D215K,并将其转入大肠杆菌E.coli BL21中进行高效表达,选取催化效率最高的双突变体L200F/D215K与双突变前的L200F进行动力学和酶学性质比较。【结果】HSD双突变体L200F/D215K的Vmax为36.92 U/mg,较L200F提高1.24倍;最适反应温度为37℃,较L200F提高2℃;最适反应pH为7.5,与L200F经验值相同;最适温度下的半衰期为4.16 h,较L200F提高1.12倍;L200F/D215K和L200F对有机溶剂和金属离子均表现出较好的抗性。【结论】HSD通过空间结构改造活力得到提高,并且其酶学性质得到优化。本研究有助于认识HSD突变体的酶学性质,为其新酶的研发利用提供有力依据。

关键词：北京棒杆菌高丝氨酸脱氢酶异源表达酶学性质

北京棒杆菌天冬氨酸激酶突变体A380H的酶学性质

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吉林大学学报（理学版） 2017年第5期55卷 1336-1343页

作者：陈志杰王鹏詹冬玲方丽闵伟红吉林农业大学食品科学与工程学院小麦和玉米深加工国家工程实验室长春130118

同源序列比对和蛋白质结构分析表明,A380为天冬氨酸激酶(aspartate kinase,AK)的绝对保守位点,对该位点进行定点突变、分离纯化和性质表征.结果表明:与野生型(WT)相比,突变体A380H的V_(max)提高4.28倍;突变体A380H的最适温度由28℃提高... 详细信息

同源序列比对和蛋白质结构分析表明,A380为天冬氨酸激酶(aspartate kinase,AK)的绝对保守位点,对该位点进行定点突变、分离纯化和性质表征.结果表明:与野生型(WT)相比,突变体A380H的V_(max)提高4.28倍;突变体A380H的最适温度由28℃提高至35℃,最适pH值仍为7.5,半衰期由4.5h缩短至3.5h;底物抑制剂对WT和突变体均有抑制作用,苏氨酸和赖氨酸呈协同抑制作用,苏氨酸单独存在时对A380H具有激活或抑制减弱作用;Mg^(2+),Ni ^(2+)对WT有激活作用,1,5mmol/L的Cu^(2+)对A380H有激活作用;与WT相比,甲醇和异丙醇对A380H的抑制作用增强,正丁醇和乙腈对A380H的抑制作用减弱且表现出激活作用.

关键词：北京棒杆菌天冬氨酸激酶动力学酶学性质表征

北京棒杆菌天冬氨酸激酶突变体Q316P的酶学性质

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微生物学报 2018年第5期58卷 842-850页

作者：张芷睿陈晨韩彩静高云娜刘春雷闵伟红吉林农业大学食品科学与工程学院小麦和玉米深加工国家工程实验室吉林长春130118

【目的】对北京棒杆菌(Corynebacterium pekinense)天冬氨酸激酶(Aspartate kinase,AK)进行改造,期望获得具有较高酶活力且酶活性质改善的高产天冬氨酸族氨基酸的优良突变株,并削弱甚至解除Thr对AK的反馈抑制作用。【方法】利用定点突... 详细信息

【目的】对北京棒杆菌(Corynebacterium pekinense)天冬氨酸激酶(Aspartate kinase,AK)进行改造,期望获得具有较高酶活力且酶活性质改善的高产天冬氨酸族氨基酸的优良突变株,并削弱甚至解除Thr对AK的反馈抑制作用。【方法】利用定点突变技术对Gln(Q)316位点进行突变,高通量筛选获得活力提高明显的突变体,并将其在大肠杆菌BL21中高效表达,对野生型(Wild type,WT)和突变体Q316P AK用镍柱纯化,进行酶动力学及酶学性质研究。【结果】获得突变体Q316P,并在大肠杆菌BL21中成功表达。与野生型相比,突变体Q316P的V_(max)提高8.53倍,n值由2.15降低为1.29,正协同性减弱;最适温度由25°C升高至30°C;最适p H由8.0降低至7.5,半衰期由3.8 h延长至5.0 h;且在实验范围浓度内,底物抑制剂苏氨酸对突变体Q316P表现出激活作用;Q316P AK对金属离子K+和有机溶剂甲醇表现出良好抗性。【结论】获得酶活力提高、酶学性质改善的突变体,并一定程度上解除苏氨酸对AK的反馈抑制,为构建高产天冬氨酸族氨基酸工程菌提供参考。

关键词：北京棒杆菌天冬氨酸激酶定点突变动力学酶学性质