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甘油氧化酶(Glycerol Oxidase,GLOX)在氧气存在的情况下,可将甘油氧化为甘油醛,同时产生过氧化氢。甘油氧化酶可以替代甘油激酶和甘油磷酸氧化酶对血液中的甘油三酯进行测定。甘油氧化酶还可将乙二醇经由羟乙醛氧化为乙二醛,可将乙醇酸氧化为乙醛酸。因为酶催化反应的速度快,无副产品产生,如将其用于工业生产乙二醛和乙醛酸,具有广泛的应用前景。
日本曲霉是半知菌纲的丝状真菌,是可以产生甘油氧化酶的重要菌种。为了提高甘油氧化酶的产量,首先研究了日本曲霉产生甘油氧化酶的发酵培养条件。同时本研究中根据根癌农杆菌(Agrobacterlum tumefaciens)介导T—DNA转化真菌引起插入突变的原理,建立了日本曲霉的高效遗传转化体系,为日本曲霉的功能基因组学研究以及筛选高产工业用菌株奠定了基础。通过该系统得到了日本曲霉突变株,从突变株中筛选得到了甘油氧化酶高产菌株。
根癌农杆菌介导的丝状真菌转化,是通过将T—DNA携带的标记基因随机地插入丝状真菌的基因组,从而得到携带标记基因的突变株。根癌农杆菌介导的丝状真菌转化效率高于传统的聚乙二醇方法,同时可以利用分生孢子作为转化受体,这也是该方法具有优势的关键点。影响转化效率的影响因素包括,预培养时是否加入乙酰丁香酮(AS),农杆菌的生长状态,孢子悬浮液的浓度,共培养温度,共培养时间等。本研究中采用携带质粒pBI/hphII的农杆菌EHA105侵染日本曲霉,同时摸索了各个因素对转化效率的影响,最终确定了最佳侵染条件为农杆菌培养至00600为0.8,日本曲霉孢子悬浮液的浓度为108个/ml,各取100 μl混合涂布于覆盖有微孔滤膜的IM培养基(含有200 μmol/L AS)上,于24℃共培养3d,在此条件下,每107个孢子可以得到88个转化子。
随机选取了8个日本曲霉转化子,提取基因组DNA,利用PCR和Southern杂交的方法从分子水平上检测转化子的阳性率和标记基因的插入拷贝数。结果显示阳性转化率达到100%,同时标记基因大都以多拷贝的形式插入到了日本曲霉基因组中。另外随机选取了9个同本曲霉转化子,在不含抗生素的PDA培养基中连续传代培养10次,再转接到含有潮霉素B的培养基中,检测转化子抗性的遗传稳定性,结果显示稳定性达到100%。
检测了403个日本曲霉转化子的甘油氧化酶产量情况,发酵培养基为甘油4%,胰蛋白胨0.1%,MgSO40.1%,KH2PO4 0.1%,玉米浆0.2%,酵母膏0.6%,培养条件为180r/min,30℃, 48小时。筛选得到了一株酶产量提高50%的突变株Ajyz0079,其酶产量为2.08U/ml。
通过收集菌体,液氮研磨,硫酸铵盐析,Sephadex G-25凝胶过滤,琼葡糖凝胶G-200 FF凝胶过滤层析对日本曲霉生产的甘油氧化酶进行了分离纯化,并通过Native—PAGE和SDS—PAGE确定其由8个分子量约为54.9KDa的亚基组成。
甘油氧化酶在以甘油为底物时,最适作用温度为37℃,最适pH为6.5。其Km值为8.95mmol/L,Vmax为11.38×10-3mmol/L·min-1。金属离子Cu2+,Ca2+,Co2+,Mn2+ and Mg2+对酶活有一定的激活作用。