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探究聚酰胺Nocardiafarcinica聚酰胺酶表达与锦纶改性运用生

收藏本文 2024-03-20 点赞:6924 浏览:19562 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:酰胺酶(EC3.5.1.4)是一类能够催化水解酰胺键生成相应氨基和羧基的水解酶,在工业上主要运用于丙烯酸、烟酸等重要化工原料的生产。近几年发现来源于Nocardiafarcinica的聚酰胺酶能够催化水解锦纶(polyamide,PA),在PA表面改性方面具有潜在运用价值。但是目前野生菌酰胺酶产量很低,发酵周期长,无法实现工业化运用,由此通过基因工程手段,提升聚酰胺酶的产量,是实现聚酰胺酶工业化生产和运用的必由之路。本探讨主要对诺卡氏菌N.farcinicaCGMC.1166的聚酰胺酶基因进行克隆表达,并对重组酶进行分离纯化及酶学定性;对重组聚酰胺酶运用于PA表面改性的效果进行了深入探讨;进一步探讨聚酰胺酶的空间结构,初步探究了聚酰胺酶能够水解PA的理由。主要探讨结果如下:(1)确定N.farcinica CGMC.1166来源的聚酰胺酶对PA的表面改性效果。与磷酸缓冲液、Cnamidase相比,聚酰胺酶和处理后PA的吸水高度和上染率有显著提升,由此初步确定来源于N.farcinica CGMC.1166的聚酰胺酶能够水解PA。(2)为了进一步提升聚酰胺酶的产量,构建了重组菌pT7-7-AMID-BL21(DE3),成功实现了聚酰胺酶在E.copBL21(DE3)中的可溶性表达。重组菌每毫升发酵液菌体破壁上清平均酶活约为0.6U,为野生酶酶活的30倍。(3)对重组聚酰胺酶进行分离纯化和酶学性质浅析。结果表明重组聚酰胺酶的最适温度为50°C,最适pH为8.0,不需要金属离子激活;聚酰胺酶为嗜温性水解酶,在30°C、40°C下具有较好的稳定性,其半衰期分别为140h和60h;40°C以上聚酰胺酶的稳定性较差,其中50°C下的半衰期仅为1.5h;重组酶可水解的底物范围比较广,对芳酰基和脂肪族酰胺类底物具有较高的酶活,但无法水解己内酰胺和丙烯酰胺;以己酰胺为底物,30°C,pH7.0,重组聚酰胺酶的Km值为1.82mM,Vmax为4.5U/mg,Kcat为9.23s~(-1)。(4)考察了重组聚酰胺酶对PA的改性效果。与磷酸缓冲液、突变酶和Cnamidase相比,重组酰胺酶处理后PA的吸水高度分别提升了6.5cm、4.8cm、4.1cm,上染率分别提升了20.8%、10.1%和12.5%,基本能够达到碱处理效果。Hplc检测得到重组聚酰胺酶的处理液中有着PA纤维单体己二酸,说明了聚酰胺酶确实能够水解PA纤维结构中的酰胺键,提升PA纤维的性能。通过优化温度、pH、处理时间和摇床转速等因素对酶处理的影响,确定了酶处理的最优条件为:40°C,pH7.5,处理时间1h,摇床转速100rpm。(5)以空间结构上初步浅析了聚酰胺酶能够水解PA的分子机制。推测酰胺酶区域A和区域B是影响底物特异性的关键,聚酰胺酶与底物结合历程中酶分子受到底物的诱导作用导致区域A和区域B构象转变,活性中心暴露而完成催化历程。关键词:聚酰胺酶论文N.farcinica论文大肠杆菌论文表达论文定性论文锦纶论文改性论文

    摘要3-4

    Abstract4-9

    第一章 绪论9-14

    1.1 酰胺酶概述9-10

    1.1.1 酰胺酶的来源、分类及运用9-10

    1.1.2 聚酰胺酶的探讨进展10

    1.2 PA纤维的改性策略10-12

    1.2.1 物理表面改性11

    1.2.2 化学表面改性11

    1.2.3 生物酶表面改性11-12

    1.3 本课题的主要探讨目的和作用12

    1.4 本课题的主要探讨内容12-14

    第二章 实验材料与策略14-25

    2.1 材料14-15

    2.1.1 菌种与质粒14

    2.1.2 主要试剂14

    2.1.3 主要仪器14-15

    2.1.4 培养基15

    2.2 策略15-20

    2.2.1 己二酸二己基酰胺的合成15

    2.2.2 N.farcinica和C.nitrilophilus的培养15-16

    2.2.3 PA纤维表面改性处理16

    2.2.3.1 PA纤维的预处理16

    2.2.3.2 PA纤维的酶处理、碱处理、灭活酶处理16

    2.2.3.3 PA纤维的后处理16

    2.2.4 Nocarida farcinica总DNA的提取16

    2.2.5 聚酰胺酶基因的PCR扩增16-17

    2.2.6 琼脂糖凝胶核酸电泳17

    2.2.7 胶回收PCR产物17

    2.2.8 E.cop感受态细胞的制备17-18

    2.2.9 E.cop感受态细胞的热激转化18

    2.2.10 质粒DNA的提取18-19

    2.2.11 目的基因与表达载体的连接19

    2.2.12 聚酰胺酶基因的诱导表达19

    2.2.13 聚酰胺酶的定点突变19-20

    2.2.14 重组菌pT7-7-AMID-BL21(DE3)的培养与表达20

    2.3 浅析策略20-25

    2.3.1 E.cop生长量的测定20

    2.3.2 蛋白质浓度的测定20

    2.3.3 酰胺酶酶活的测定20-21

    2.3.3.1 标准曲线的绘制20-21

    2.3.3.2 重组聚酰胺酶酶活的测定21

    2.3.4 聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)浅析21

    2.3.5 重组聚酰胺酶的纯化21-22

    2.3.6 聚酰胺酶的最适温度和热稳定性浅析22

    2.3.7 聚酰胺酶的最适pH和pH稳定性浅析22

    2.3.8 金属离子对重组聚酰胺酶酶活的影响22

    2.3.9 聚酰胺酶底物特异性浅析22-23

    2.3.10 重组聚酰胺酶的动力学浅析23

    2.3.11 PA酶处理最优条件的探讨23

    2.3.12 PA水解产物的检测23-24

    2.3.12.1 PA处理液的浓缩24

    2.3.12.2 水解产物的检测24

    2.2.13 PA酶改性效果的测定24

    2.3.14 聚酰胺酶空间结构模拟及浅析24-25

    第三章 结果与讨论25-43

    3.1 聚酰胺酶对PA纤维的改性效果的初步确定25-26

    3.1.1 polyamidase和Cnamidase的制备25

    3.1.2 PA改性效果浅析25-26

    3.2 聚酰胺酶在E.cop中的克隆表达26-29

    3.2.1 N.farcinica基因组DNA的提取26

    3.2.2 N.farcinica聚酰胺酶基因的克隆表达26-29

    3.2.3 聚酰胺酶基因的诱导表达29

    3.3 重组聚酰胺酶酶学性质探讨29-34

    3.3.1 重组聚酰胺酶的纯化30

    3.3.2 重组聚酰胺酶的最适温度及其稳定性30-31

    3.3.3 重组聚酰胺酶的最适pH及其稳定性31-32

    3.3.4 金属离子对聚酰胺酶酶活的影响32-33

    3.3.5 重组聚酰胺酶的底物特异性浅析33-34

    3.3.6 重组聚酰胺酶的动力学浅析34

    3.4 重组聚酰胺酶对PA表面改性效果的探讨34-41

    3.4.1 重组聚酰胺酶对PA改性效果及水解产物浅析34-36

    3.4.1.1 S173A突变体的克隆表达34

    3.4.1.2 不同改性处理对PA改性效果浅析34-36

    3.4.1.3 Hplc检测PA的水解液36

    3.4.2 PA表面酶改性最优条件的确定36-39

    3.4.2.1 温度对PA酶改性效果的影响36-37

    3.4.2.2 pH对PA酶改性效果的影响37-38

    3.4.2.3 酶处理时间对PA酶改性效果的影响38

    3.4.2.4 摇床转速对PA酶改性效果的影响38-39

    3.4.5 聚酰胺酶水解PA的机制探讨39-41

    3.5 提升重组酰胺酶可溶性表达的探讨41-43

    第四章 结论与展望43-45

    4.1 结论43-44

    4.2 展望44-45

    致谢45-47

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