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嗜热古菌高温酸性α-淀粉酶基因BD5088的体外诱变及其突变体在大肠杆菌中的表达和酶学性质研究

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第一部分 文献综述

1.1 α-淀粉酶概述

1.1.1 α-淀粉酶的发现和分类

1.1.2 α-粉酶的作用机理

1.1.3 产生α-淀粉酶的微生物主要种类及其性质

1.1.4 α-淀粉酶基因的结构特点

1.1.5 α-淀粉酶的一般性质

1.1.6 α-淀粉酶分子水平上的研究

1.1.7 α-淀粉酶的主要用途

1.1.8 耐高温α-淀粉酶的研究进展

1.2 体外诱变(定向进化)

1.2.1 体外诱变的含义

1.2.2 酶的体外诱变

1.2.3 体外诱变的研究进展

1.2.4 依赖PCR的体外诱变策略

1.3 基因表达技术的研究概况

1.3.1 基因表达的基本概念及特点

1.3.2 基因表达技术的方法

第二部分 材料与方法

2.1 实验材料与仪器

2.1.1 菌株和质粒

2.1.2 培养基

2.1.3 用于多位点定点诱变的引物

2.1.4 酶和试剂

2.1.5 实验用溶液的配制

2.1.6 仪器和设备

2.2 实验方法

2.2.1 定点突变引物的设计

2.2.2 PCR介导的多位点定点饱和突变

2.2.3 大肠杆菌感受态细胞的制备

2.2.4 大肠杆菌的快速转化

2.2.5 大肠杆菌的常规转化

2.2.6 初步筛选酶活改变的突变体

2.2.7 突变酶蛋白的诱导表达

2.2.8 细胞的裂解--超声波破碎

2.2.9 SDS-PAGE检测表达蛋白

2.2.10 突变酶的酶活性测定

2.2.11 突变酶的酶学性质

第三部分 结果与分析

3.1 重组酶的筛选和鉴定

3.1.1 PCR介导的多位点定点饱和突变扩增突变基因全长

3.1.2 突变体的筛选

3.2 突变重组子分析

3.3 突变体所产α-淀粉酶活性的测定

3.4 突变体的表达

3.5 突变体所产α-淀粉酶的酶学性质研究

3.5.1 Mut1,Mut2,Mut3所产α-淀粉酶的酶学性质研究

3.5.2 Mut5,Mut6所产α-淀粉酶的酶学性质研究

3.5.3 Mut7所产α-淀粉酶的酶学性质研究

第四部分 讨论

4.1 突变体库的建立

4.2 突变库的筛选

4.3 外源蛋白高效表达的影响因素

4.4 基因进化分析

参考文献

致 谢

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摘要

2002年,Richardson等人从一类嗜热球菌属(Thermococcus sp.)的古细菌中克隆并重组得到了一个α-淀粉酶基因BD5088。在荧光假单胞菌Pseudomonasfluorescens获得表达。这个人工重组酶的最适pH为4.5,最适温度为95℃,是一种耐热耐酸α-淀粉酶,具有潜在的工业应用价值。
   BD5088基因全长1308bp,编码的蛋白质含436个氨基酸。该基因已由本实验室合成,且克隆到大肠杆菌的表达载体pET30a上,构建成重组质粒pET30a-BD5088。在大肠杆菌BL21(DE3)中表达,表达出的目的蛋自分子量约为48 ku,大小与理论值一致。重组α-淀粉酶BD5088具有α-淀粉酶的活性,最适反应温度80℃,最适反应pH值为6.0,在100℃下酶活性半衰期约30min。活性不依赖于Ca2+。
   本实验首先以pET30a-BD5088为模板,设计含随机核苷酸序列的互补引物,对α-淀粉酶基因BD5088的R32,A99,N125,D126,G155,Q181,E182,A241,以及E151,A154位氨基酸进行多位点定点突变,获得各多位点随机突变体库。然后将该突变体库转化入大肠杆菌BL21进行表达。筛选突变体测定其α-淀粉酶活性。
   经过初步筛选,选择了8个转化子进行DNA测序,全部发生了多位点突变。对突变子进行了α-淀粉酶活性检测,有5个突变体的酶活高于α-淀粉酶基因BD5088。其中除了Mut5的最适温度提高到了85℃,各突变子最适温度和最适pH值与α-淀粉酶基因BD5088均一致;在热稳定性上较之α-淀粉酶基因BD5088有所提高。
   本实验成功构建了BD5088多个多位点的随机点突变文库,该库不仅在一级结构上具有良好的随机性和多样性,而且具有生物学活性的多样性,为α-淀粉酶BD5088的定向分子进化和结构与功能的深入研究打下了基础。

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