食烷菌和烟曲霉酯酶的酶学性质及定点突变研究.pdf.doc
,
刘子 铎 教 授
刘子 铎 教 授
罗美 中 教 授
洪 玉 枝副 教 授
吴 高 兵 讲 师
如需 保
密, 口
并 表 示 了 谢 意。
签 名誉襄 : 扩 , ,
穓 一 舞’砑 譬
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华 中 农业大学, ,届 硕士 研究生学位
,,酯 酶, ,酶学性质 研究? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ( ,
,,,金 属离 子 及 其 他 化 学物 质 对 酯 酶活 性的 影 响 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ,
,, ,,突 变 体 的 构建 ????????????????????????。,
,,( ,,蜃 镈 ,的 提 取 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ,
华 中 农业大学, ,届 硕士 研究生学位 论文
, 结构模 拟 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
? ? ? ? 一 ,
有 机溶 剂 能力: 在 浓度高 达,,的
有 机溶 剂 中 保温 ,
以 烟曲 霉 为 目标菌 株 , 得 到 一 酯 酶蛋 白, ,。, ,
的 最 适 温 度为 ,,, 最 适
,为 ,,。为 了 提 高 酶的 热稳 定 性, 以 理 性设 计 为 基 础 , 通 过 定 点突 变 技 术 构建 了
三 个 突 变 体 , 分 别 为 ,,,琕 ,,和 ,,,疺 ,,, 并 对 其 酶学性质 进 行研究。
研究结果 显示 , , , , 蚔 , , 与, 具 有 相 似 的 温 度变 化 曲 线 , 最 适 温 度均为
,,, ,,,疺 ,,的 最 适 温 度则 提 高 至 ,,。突 变 体 与, 均具 有 相 似 的 最 适
关 键词: 酯 酶: 冷活 性: 耐 有 机溶 剂 : 热稳
定 性; 定 点突 变 ; 结构模 拟
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酶与脂肪酶是 在 工 业上 最 具 有 应
用前 景的 两类酶。
,,, ,,以 及 保守 的 组氨酸 残 基 组成的 催 化 三 联 体 结构。存 在 于 催 化 三 联 体 结构中
华 中 农业人学, ,届 硕士 研究生学位 论文
动 物 中 , 脂肪酶多存 在 于 脂肪、胰 脏 等 组织; 植 物 中 , 则 主要 存 在 于 油 料 作物
的 种子 , 其 功 能 是 为 种子 发芽贡献营 养
物 质 , 豕 , , , 。 从 ,,年 至 今 , 人们对 于 脂肪酶的 研究历 史 持 续了 一
百 八 十余 年 。而 微 生物 脂 ,,, 并 且 很快 被 广泛 应
用于 商 业生产, ,,脂肪酶的 应
用
, 还 可 利用一 定 的 技 术 来 提 高 酶的 重 复应 用率 、稳 定 性, 例如 固 定 化 技 术 ,,
, , 删洲
方法, 其 中 脂肪酶的 作用可 以 有 效地 提
高 其 合 成的 效率 。
,
,
应 用价值外 , 脂肪酶还 可 以 被 用于 改 善奶 制 品 天 然 的 不 良 味 道 , 使其 具 有 诱人的 香
定 性检测 主要 用于 筛选能 够产脂肪酶的 菌 株 , 此方法选
择 性强、快 速、准确 、
方便。平 板 筛选是 定 性检测 中 最 常 用的 方法, 实验 原 理 为 : 以 甘油 三 酯 为 碳源, 以
经 微 生物 代谢 产生的 透 明 圈 为 判 断标准, 以 此来 确 定 是 否 具 有 脂肪酶活 性。
在 实际 操 作中 , 为 了 能够更清 晰 地 观察水解圈 的 大
小 , 常 常 在 筛选培养 基 中 加
, , ,
酸 碱 滴定 法, 我 ,康 ,,,: 定 量检测 脂肪酶活 力的
方法有 很多, 最 经 典 的
是 酸 碱 滴定 法。在 一 定 条件下, 乳化 的 橄 榄 油 能够被 脂肪酶催 化 酯 解成脂肪酸 。以
,,溶 液为 标准液 , 通 过 酸 碱 滴定 , 使酸 性的 脂肪酸 得 到 中 和 , 同时以 酚 酞 为 指
示 剂 显示 终 点。反应 结束 后 , 以 消 耗 的 ,,的 量为 依 据 , 以 此来 定 量检测 酶活 力。
此法实际 操 作简单, 但是 干 扰性因 素 太 多, 以 至 于 准确 性不 高 。
其 他 方法: 除 了 上 述 方法之 外 , 测 定 脂肪酶活 力的 方
法还 有 很多, 例如 荧 光法、
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华 中 农业人学, ,届 硕士 研究生学位 论文
, , 隙 嗟腉 , 、, , 约
癕 , ;
离 子 问 相 互 作用
减 少 等 。 , ,,在 有 关 嗜冷脂肪酶冷活
性机制 的 研 ,
, 左 右 , 因 此造 就 了 ,,,, 诤 , 蠡 肪持 校 ,咏, ,サ乃, 海 洋 菌 特有 逦露染 ,,
的 嗜冷性?,,
,( 还 具 有 特殊 的 生长需 求:
,。只能 利用
,( 在 不 被 污 染 的 海 水区 域 里 一 几 乎检测 不 到 , 但 是 在 经 石油 污 染 后 能 够迅 速繁 殖并 且 成为 这 片 海 域 的 主要 微 生物 。特殊 的 碳 源和 能
右 , 但其 在 低 温 条件下的 催 化 效率 却 是 中 温 酶的 数 倍 。到 目前 为 止, 低 温 酶已 被 广
,
, , , ,,, ,,
,篕 ,,,ǎ篕 ,,,ǎ,碠 ,,引物 介 导 的 定 点突 变
改 进 后 的 方法, 原 理
但是 此法在 运 用时突 变 效率 较低 , 原 因 是 : 大肠杆 菌 体 内 有 修 复系 统, 该系 统由 甲
基 介 导 , 并 能 自 动 修 复错配的 碱 基 。因 此, ,,年 , ,,,对 此问 题 提 出 了 改 善方
法, 即 用尿嘧 啶替换 ,,械 男叵 汆 奏ぃ ,源死唇档 虳, 的 选择 作用达 到 提 高 突 ,
变 效率 的 目的 。此法在 研究蛋 白质 的 结构与功 能 相 互 关 系 中 被 广泛 应 用, 例如
,,,,曾 用此技 术 开辟了 获 得 抗体 酶的 新 途 径 , 即 通 过 替换 掉, ,抗体 中 的 组氨
食 烷 嚣 和 烟曲 霉 酯 酶的 酶学性质 及 定 点突 变 研究
, 在 ,( , , 范 围 内 均可 良 好 成长, 此外 , 在 肥料 发酵 过 程 中 还 可 抵 御 高 达 ,
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华 中 农业大学, ,届 硕士 研究生学位 论文
,,,海,痺 ,( ,,,畁,, ,豢,, , , , , , , , 寺 【 ,闑 , ,
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, 染 , 郝 蛴 诖罅 , ι,镉 邢
薰 , 尽 , , 聚 合 酶则 分 别 购买 于 济 南 庄 盟 生物 技 术 有 限 公司 和 北 京 全 式 金 生物 技 术 有 限 公司 。
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,,,,琧 ,, 对 硝 基 苯 丁 酸 酯
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,,,,,琧
,, 对 硝 基 苯 葵 酸 酯
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,,。
,, 加 ,,, , , , , , ,
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,,疞 ,,,峙湎 钟
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,,。
,贮存 备 用, 无 菌 混 合 均匀 后 , 操 作。 定 容 至 ,
,, , 置于 , , 灭菌 水, 混 匀 后
定 容 至 , ,贮存 备
用。
,烧 杯 中 , 加
入约,
,, ,,疞
食 儡 目和 烟曲 霉 醑 酶的 酶学性质 及 定 点突 变 研究
,
,保存 备 ,,过 硫 酸 铵 : 用, 最 称 取 ,,
, 悸 硭沽晾 禦 , , 溶 于
其 中 。
, , 加 入去 离 子
水, ,
,,。
比 例混 匀 , 调 至 所 需
的 ,范 围 。 , , 疞 , , , 将 这 两
种溶 液 按
,
生化 培养 箱, 中 国 哈 尔滨 东明 医
疗仪器 ,,,,;
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,,,, ,,,占, ,濉 ,沟 羯锨 澹,诔 恋 碇屑
尤, ,此, , 重 悬, 混 匀 后 加入,皿溶 菌 酶, 将 混 合 体 系 放 入,,恒 温 培养 箱反应 ,
,,疞
,痬 ,离 心
,
,,辉 俅 谓 ,锨
逦, ,
, 痬 , 离 心,
丙 醇 , 混 匀 后 , 放 置在 一 ,,,,,,
,。,,淠诶涠,
食 烷 菌 和 烟曲 霉 酯 酶的 酶学性质 及 定 点突 变 研究
进 行, 个 循 环 ; , ,,,,反应 结束 后 , , 延 伸 , 用, ,,琼 脂糖 凝 胶 电 泳 检测
扩 增产物 。 ,, , , , , , , ,
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, ,此 , , , , , , , , , , ,
,,, 将 酶切 体 系 置于 ,,
反应 过 夜 。
将 经 双酶切 处 理 过 的 ,,基 因 片 段 和 ,,一 ,( ,,
畏 直 鹩 肈,凝 胶 回 收 试
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表 ,,酶连体
系
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, ,,电 转 感 受态 细胞
的 制 备 : , , , 嘌 , , , , 、
, , , 嘌 , , 校 , , , , , 用适 量的 灭过 菌 冷却 的 ,,甘油 重 悬菌 体 , ,,
食 烷 酉 和 烟曲 霉 酯 酶的 酶学性质 及 定 点突 变 研究
分 析 则 提 ,,,,,: , , ,,,畁,,畁交 , , ,( ,
行分 析 比 较。
,,
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兰主奎兰兰奎兰,,旦堡主竺窒竺兰些 笙 兰
诱 导 结束 后 , 用低 温 高 速离 心
机收 集菌 体 , ,, , , ,
重 悬菌 体 , , ,,
,
,的 柱 材料 加 入洗净 , 含 有 , , 缀团浠 鵖 , , , 的 柱 子 中 , ,
,,,,,( ,洗涤 柱 材料 , 平
衡 柱 床 ;
, 倾倒 掉上 层 水, 并 用滤 纸 吸 取 残 留 的 水和 未凝 聚 的 丙 烯 酰胺 。
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加 入量, ,
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条件下电 泳 ,
将 稀 释 后 的 样 品 再依 次稀 释 为 ,,, ,, ,, ,,
,, ,, ,, ,,,,
浓度梯 度;
酯 酶酶活 力测 定 的 标准反应 体 系 ,,
,,,的 ,,瓾 ,缓 冲溶 液;
,,,疞 ,,浓度和 吸 光值绘 制 标
准曲 线 。
以 , , , , , 煌, 剂 闯 ざ 鹊 亩 韵 趸 , 锦ィ 憾 韵 趸 ,
揭宜 狨, , , , , 对 硝 基
食 烷 菌 和 烟曲 霉 酯 酶的 酶学性质 及 定 点突 变 研究
最 适 温 度: 先 将 底物 与缓 冲液 的 混 合 体 系 在 不 同
温 度, , , , 的 水浴 锅中 预 热
,,, 计 算 相 对 酶活 , 每 个 温 度
做三 组平 行试 验 。
温 , 每
,
算 相 对 酶活 , 每 个 时问 段 做
三 组平 行实验 。
,,( ,, ,, ,,疞 柠 檬 酸 ( 柠 檬 配置不 同, 的 缓 冲液 酸 钠缓 冲液 以 及 体 系 : ,
,,, ,,舛 ,傅牟 杏嗷 盍 Γ ,圆 患 尤魏 挝镏实脑, 富 盍 ξ,,,, 计 算 相 对 活 性。
,,, ,为 底物 , 参
照 酶标准反
, , , , , ッ 富 , 虻腄
, 序 列
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食 烷 菌 和 烟曲 霉 酯 酶的 酶学性质 及 定 点突 变 研究
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,,,惺 芴 ,旌 虾蠼, ,,
凶 ;,,,,、 有 ,,秅 , ,,,囊 禾錖 ,嘌 ,,,,,,恒 温 摇 床 过 夜 培养 。待培养 结束 后 ,
照 , 将 大小 正确 的 质 粒 送 去 测 序 。将 测 序 正确 的 克 隆 子 菌 液保存 备 用。
竺主奎些 ,罄 ,,,? ぁ 览镒
,竺兰堡丝 苎
白在 此位 点均为 , , , 范 , , 位 为 突 变 位 点的 另 一 个 参 考依 据 是 , , , , 位 于 , ,
催 化 残 基 ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,上 游 很近的 地 方。由 于 考虑到
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图 ,籰与, ,具 有 高 同源性的 氨基 酸 序 列比 对 , ,,,进 行序 列比 对 , 比 对 的 氨基 酸 序 列分 别 是 ,,,
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,,与具 有 良 好 热稳 定 性的 蛋 白质
氨基 酸 序 列的 比 对
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延 伸 区 的 长度则 最 少 不 低 于 ,个 碱 基 ;
华 中 农业大学, ,届 硕士 研究生学位 论文
,,瓵 ,,,,瑿 ,瓿 ,,獭
,,,,,稴 ’
,,ǖ阃槐 湟 ,锷 杓 频姆 椒 ǎ,,定 点突 变 流程 ; ,硎疽 吧 ,椭 柿, , 澹籅 表 示 扩 增后 含 有 突 变 位 点的 质
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以 野生型重 组质 粒 , , 一 , ( , 籩, , D , 澹, , 貌 糠 种氐 , 由 霵 , 技 术 , 扩
, , , , 由 ,
, 个 循 环 ; ,,延
伸 , 表 ,,,,反应
体 系
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,,,夯厥 帐约梁 薪 玃 ,产物 回 收 、纯 化 。将 纯 化 得 到 的 ,,,镉 胠此限 制 ,
是 所用引物 对 为
,,,,疪。
是 在 构建 ,,,疺 ,,突 变 体 时, 用到 的 质 粒 模 板 是 ,,( ,一 ,籚 , ,,引物 是
,,
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,, ,氨苄 青霉 素 的 液
体 ,培养 基
,,, ,,,,,阄 乱
〈 仓 ,,
,,匦 ,,澹, 糜诒 ,希, 哐蛊扑橄 赴 ,,,,
将 收 集得 到 的 上 清 液用于 亲 和 层 析 纯 化 ,,霾僮
鞑街 柙 ,。, ,淠诮 ,,: ,的 柱 材料 加 入洗净
的 柱 子 中 ,
,,,,,( ,洗涤 柱 材料 , 平
衡 柱 床 ;
,,狿 ,,治龇椒 ㄍ ,( ,,。
,, ,, ,,,,, ,,,,, ,,甮 , ,浓度梯 度。标准曲 线的 绘 制 : 取 不 同浓
坐 标, 吸 收 值为 纵 坐 标, 绘 制 标准曲 线。相 同体 系 以 及 反应 条件下测 定 纯 化 的 目的 ,,的 ,值, 根据 标准曲 线 计
算 其 浓度。
, ,
定 其 在 ,,,的 吸
收 值。
,, ,
,,疞
磷 酸 氢 二 钠, ,,
,,疞 ,,,,幕 盍 Γ ,宰 罡 呋 盍 ξ,,,, 计 算 相 对 活 性。
不 同,的 缓冲液配制 体 系 如表 ,,,,( ,所示 :
华 中 农业大学, ,届 硕士 研究生学位 论文
,,,,疞 磷 酸 ,,,,疞 , 柠 檬
液为 ,( ,,疞 ; 在 配置硼, 穑 疦 ,,撼 逡 禾逑凳保, ,秸 呋 旌 虾蠹 铀 ,?椭 ,,
因 此将 此确 定 为 构建 同源模 型的 最 佳 模 板 。
先 将 其 浓度稀
释 。
华 中 农业大学, ,届 硕士 研究生学位 论文
图 ,,,蜃 镈 ,的
电 泳 检测
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,篋 ,标记; ,嚎 赵 刂 柿, ,,,,; ,,: 重 组质 粒
, ,,序 列分
析
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, , 挥
, 篙螺
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,? 弧 ,笠,,圹 ,,錳 壁 鲨 量塑 塑 篁: ? 基 星,欺,: 塑 燮,礽煎 釜 ,疲 ,婆盎塞 篓堡鲨 ,,髦 髑 ,簦
,,的 氨基 酸 序 列同
源性分 析
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食 烷 菌 和 烟曲 霉 酯 酶的 酶学性质 及 定 点突 变 研究 虹二 : : 垦 ? ,爨坊 事,皇剩 海 ,,睾 皇 ,? ,市 突 生: , ,
,, 甇 , , 札 , , , , , , ,, 皇 ,,,坠, 创 皇 ,,鱼,,,,,,,,壁 ,,旎驶 ,鱼? ,: ,( , ,,璺皇 皇 皇 皇 ,,,,蔾
, , 氨基 酸 序 列 比 对
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食 烷 菌 和 烟曲 霉 酯 酶的 酶学性质 及 定 点突 变 研究
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兰 三
图 ,,,: 最 适温 度; ,,: 热失 活 研究 ,
华 中 农业大学, ,届 硕士 研究生学位 论文
为 ,,。
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毒
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,,,— , , ,,( ,有 机溶 剂 以 及 去 污 剂 对 ,,活 性的 影 响
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, 旦望 丝 ,,蚷,鹒 竺坐 ,ǎ ,
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食 烷 菌 和 烟曲 霉 酯 酶的 酶学性质 及 定 点突 变 研究
,,( ,冷活 性比 较
与分 析 为 了 进 一 步 研究, , 的 冷活 性, 将 其 与近十年 来 报道
的 具 有 冷活 性的 酯 酶或 者
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, , , , , 被 , 嶙槌 山 , 蟹治龊 捅 冉蟖
结果 表 , , 所
,,的 氨基 酸 组
成分 析 ,,酯 酶, ,定 点
突 变
,,( ,刈 橹柿,,,,,,( ,,
的 构建
—
,篋 ,标记; ,篜 ,产物
将 双酶切 处 理 后 纯 化 的 基 因 ,,,作用下, ,,酶连片 段 以 及 载 体 于 , 过
食 烷 菌 和 烟曲 霉 酯 酶的 酶学性质 及 定 点突 变 研究
,
,,— — 一 — — — 一 ,,— — ,,—
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华 中 农业大学, ,届 硕士 研究生学位 论文
,,序 列分
析
,, ,含 量, ( ,,, 编 码 ,,霭被 ,幔 ,悦
苈 胱覣 ,起 始 ,
,,进 行预 测 , 结果 显示 , ,,中 不 存 在 信 号肽序 列。利用, ,数 据 库中 在 线 工
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食 烷 菌 和 烟曲 霉 酯 酶的 酶学性质 及 定 点突 变 研究
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围
图 ,,,サ阃槐 銹 ,扩 增产物 分 析
华 中 农业大学, ,届 硕士 研究生学位 论文
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食 烷 菌 和 烟曲 霉 酯 酶的 酶学性质 及 定 点突 变 研究
,, ,,:嶙, 辏 ,韵 嘤 Φ 腛 ,,为 纵 坐 标, 绘 制 标准 ,,
,
,,
,
,及 其 突 变 体 的
蛋 白浓度
,
华 中 农业大学, ,屈 硕, 研究生学位 论文
, ,
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食 烷 菌 和 烟曲 霉 酯 酶的 酶学性质 及 定 点突 变 研究
表 现为 : 随 着, 的 增加 , 酶活 性呈递增趋势, 在 碱 性溶 液中 具 有 较高 的 稳 定 性。
,
, , ,
,
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华 中 农业大学, ,届 硕士 研究生学位 论文
琶
星
。
,
图 ,, ,极其 突 变 体 在 ,?条件下
的 热失 活 研究
程 式 计 算 ,极其 突 变 体 的 动 力学常 数 , 结果 如 表 ,,
所 示 。对 结果 分 析 可 知, 与
表 ,, ,及 其 突 变 体 的
动 力学常 数 , , , , , , , , ,
立
,
, , , 罗 :
华 中 农业大学, ,届 硕士 研究生学位 论文
,
, , 残 基 位 于 蛋 白质 分 子 内 部 , 其 所 在 区 域 , 一 面 为 亲 水区 域 , 另 一 面 为 疏 水区 域 。
食 烷 菌 和 烟曲 霉 酯 酶的 酶学性质 及 定 点突 变 研究
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图 , ,
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华 中 农业人学, ,届 硕士 研究生学位 论文
酸 序 列进 行分
析 可 知,
,
,
如 ,,珻 ,则 没 有 活 性。与此相 比 , 来 自 于 食 烷 菌 的 ,,则 具 有 更宽 的 作用范 围 ,
,。。的 酯 酶, 该酯 酶最 适
温 度为 ,,, 在
,
,
,,的 耐 有 机溶 剂 脂
肪酶, , 和 乙腈 分 别 处 理 后 , 失 去 ,,,,,,的 活 力。, ,良 好 的 耐 有 机溶 剂 能 力使它 可 作
,
竺? 奎些 查 兰,,旦堡主至,
竺兰堡笙 兰
我 们进 行了 热失 活 实验 研究, 测 定 ,及 其 突 变 体 在 ,。, 跫 ,碌 腡 ,,,( ,,,。
,,,疺 ,,的 ,, ,虺 ,,耸 笛
槭 奔 ,, , 相 似 的 实验 结果 也 可 在 突
变 体 , , , , , ,
可 能 使, , 原 有 的 催 化 结
构受到 影 响 。
,,,,,— ,,,,位 ,,( ,,,的 氨基 酸 构象 进 行分 析 可 知: 氨基 酸 的 替换
后 , 可 解除 其 对 熵值的 限 制 作用, 与溶 液之 问 的 相 互 作用有 助于 提 高 ,,的 稳 定 性。
,
,
总 而 言之 , 本 研究通 过 理 性设 计 与定 点突 变 相 结合 的
技 术 , 成功 构建 了 三 个 热
稳 定 性提 高 的 突 变 体 , 实验 结果 进 一 步 证 明 点突 变 技 术 是 一 种可 行的 方法, 用于 改
善酶的 热稳 定 性或 其 它 性质 来 达 到 满足工 业应 用要 求的 目的 。本 研究中 涉 及 到 的 两
个 突 变 位 点在 之 前 均没 有 被 报道 过 , 因 此被 认 为 是 在 研究蛋 白的 结构与功 能 中 一 个
新 的 发现, 并 且 为 其 它 酶的 酶学性质 的 研究提 供 了 有 力的 参 考依 据 。
华 中 农业大学, ,届 硕士 研究生学位 论文
化 酶基 因 的 克 隆 ( 台 湾海 峡 ,
,,, ,: ,,,,
进 化 研究( 微 生物 学报, ,,,
,: ,,,, ,( 王 小 花 , 洪 枫 , 陆大年 , 朱 利民 ( 脂肪酶在 纺 织工
业中 的 应 用( 毛 纺 科 技 , ,,,
,
位 论文 】 ( 上 海 : 华 东理 工 大
学图 书 馆 , ,,
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,( 张晋卿, 刘伟 , 谭 静 文 , 万 拮 , 李 若瑜 ( 烟曲 霉 在
不 同温 度和 营养 条件下的 生长
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华 中 农业大学, ,届 硕上 研究生学位 论文
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