不同来源葡萄糖氧化酶的分离纯化及其生物催化特性
- 格式:docx
- 大小:44.26 KB
- 文档页数:10
生物化学下册葡萄糖氧化酶一、概述葡萄糖氧化酶是一种重要的酶类蛋白,参与了糖代谢途径中葡萄糖的氧化过程。
它在细胞内起着至关重要的作用,对维持细胞内的能量平衡和新陈代谢有着举足轻重的影响。
本文将围绕着葡萄糖氧化酶的结构、功能、代谢途径以及临床应用等方面展开介绍。
二、葡萄糖氧化酶的结构葡萄糖氧化酶是一种单亚基蛋白酶,其分子量约为約170kD,由四个相同的亚基组成。
每个亚基中含有一个腺苷酸结合位点和一个金属结合位点。
腺苷酸结合位点与葡萄糖结合位点相互作用,金属结合位点则与辅因子结合,起到催化反应的作用。
三、葡萄糖氧化酶的功能1. 氧化葡萄糖葡萄糖氧化酶可催化葡萄糖的氧化过程,将葡萄糖分解为丙酮酸、乳酸或乙醛等产物,释放能量,供细胞进行生命活动。
2. 调节新陈代谢葡萄糖氧化酶参与了糖代谢途径中的糖酵解和糖异生过程,调节了糖类物质的代谢平衡,对维持细胞内的能量供给和代谢平衡起着重要的作用。
四、葡萄糖氧化酶在代谢途径中的作用葡萄糖氧化酶主要参与了糖代谢途径中的糖酵解和糖异生过程。
在糖酵解过程中,葡萄糖氧化酶催化葡萄糖分解为丙酮酸和乳酸,产生ATP,为细胞提供能量。
而在糖异生过程中,葡萄糖氧化酶则参与了葡萄糖的合成,调节了葡萄糖的合成与分解平衡。
五、葡萄糖氧化酶的临床应用1. 临床诊断葡萄糖氧化酶的活性可以反映出病人的代谢情况,因此可以作为临床诊断的一个重要指标,对于糖尿病、肝病和其他一些代谢性疾病的诊断有一定的参考价值。
2. 药物研发葡萄糖氧化酶作为糖代谢途径中的关键酶类蛋白,在药物研发领域中具有重要的应用前景。
通过调节葡萄糖氧化酶的活性,可以有效地治疗一些糖代谢异常相关的疾病。
六、结论葡萄糖氧化酶作为糖代谢途径中的关键酶类蛋白,在细胞代谢和能量供给中起着不可替代的作用。
其结构与功能的研究对于深入了解细胞的代谢机制,促进新药研发以及疾病的诊断与治疗具有重要的理论和实践意义。
希望未来能有更多的研究在葡萄糖氧化酶领域取得突破,为人类健康做出更大的贡献。
葡萄糖氧化酶生产工艺研究在生命科学领域中,糖代谢是一个至关重要的过程。
而葡萄糖氧化酶作为一种酶类蛋白质,在糖代谢过程中的作用是将葡萄糖分解为二氧化碳和水,并释放出能量。
随着对葡萄糖氧化酶工艺的研究越来越深入,其在医药、生物、食品、环境等多个领域中的应用也变得越来越广泛。
一、葡萄糖氧化酶的生产工艺目前,葡萄糖氧化酶的主要生产工艺分为两种:一种是发酵法,另一种是生物反应器法。
在发酵法中,产生葡萄糖氧化酶的微生物主要为真菌,如青霉菌、曲霉菌和放线菌等。
而生物反应器法则是利用生物反应器进行生产的一种方法。
1. 发酵法发酵法生产葡萄糖氧化酶主要分为固态发酵法和液体发酵法两种。
固态发酵法主要是指将菌种和培养基混合后放入团状的基质中进行,通常采用大豆蛋白、小麦胚芽、玉米芯或麸皮等为基质。
液体发酵法则是指将培养基和微生物混合后进行液态发酵,通常采用淀粉、碳水化合物、蛋白质等为培养基。
此外,根据产生葡萄糖氧化酶的不同微生物,发酵法还可以分为青霉菌法、曲霉菌法、放线菌法等不同的类型。
2. 生物反应器法生物反应器法是指利用生物反应器进行生产。
由于生物反应器有良好的控制、操作方便等特点,因而目前越来越多的葡萄糖氧化酶也采用生物反应器法进行生产。
在生物反应器中,通常会将微生物和培养基投入反应器中进行培养,其中培养基中含有葡萄糖、氮源、磷酸等营养物质。
二、葡萄糖氧化酶生产工艺的优化为了提高葡萄糖氧化酶生产工艺的效率和产出量,工艺优化就显得尤为重要。
其中,影响葡萄糖氧化酶生成的因素包括生物反应器、微生物、培养基等多个方面。
1. 生物反应器生物反应器的反应时间、反应温度、pH值等参数对葡萄糖氧化酶的产量有很大影响。
现在的研究表明,通过优化反应器中的这些参数,能够明显提高葡萄糖氧化酶的产量。
例如,通过调整反应器内氧气浓度和液体搅拌速度,可以有效提高生产葡萄糖氧化酶的微生物的代谢水平。
2. 微生物微生物是生产葡萄糖氧化酶的最主要来源之一,在选择微生物时应根据生产的应用场景、目标产量等进行选择。
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201810629133.3(22)申请日 2018.06.19(71)申请人 张宝华地址 311400 浙江省杭州市富阳区银湖街道富闲路9号银湖创新中心5号608室杭州安盛生物科技有限公司(72)发明人 张宝华 潘宏渊 洪成 蒋一南 (51)Int.Cl.C12N 9/04(2006.01)C12N 1/14(2006.01)C12N 1/20(2006.01)C12R 1/245(2006.01)C12R 1/685(2006.01)(54)发明名称一种制备、分离和纯化葡萄糖氧化酶的方法(57)摘要本发明属于酶分离技术技术领域,公开了一种制备、分离和纯化葡萄糖氧化酶的方法,其包括如下步骤:步骤1)培养黑曲霉,步骤2)制备发酵液,步骤3)制备粗酶液,步骤4)分离纯化。
本发明获得的产品酶活高,并且收率可达到50%以上。
权利要求书1页 说明书6页 附图1页CN 108795892 A 2018.11.13C N 108795892A1.一种制备、分离和纯化葡萄糖氧化酶的方法,其包括如下步骤:步骤1)培养黑曲霉,步骤2)制备发酵液,步骤3)制备粗酶液,步骤4)分离纯化。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述方法包括如下步骤:步骤1)培养黑曲霉:黑曲霉种子液按照6-8%的接种量含有发酵培养基的发酵罐中进行培养,培养温度为30-34℃,罐压为0.02-0.03MPa,风量为500-600L/h,培养时间为30-40h;步骤2)制备发酵液:将干酪乳杆菌种子液按照8-10%的接种量接入到发酵罐中,再添加甲醇,继续培养20-30h,通过流加氨水控制pH为7.2-7.8,得到发酵液;步骤3)制备粗酶液:以5000rpm离心5min,收集菌体沉淀,将菌体沉淀研磨粉碎,再添加五倍重量的0.1mol/L的磷酸缓冲液浸提,4℃浸提,完成后4℃、12000rpm离心20min,取上清液,即为粗酶液;步骤4)分离纯化:取粗酶液,过DEAE -Sepharose 离子交换层析柱,收集洗脱液,然后过Superdex -200 凝胶过滤层析柱,洗脱,收集洗脱液,透析脱盐,冷冻干燥得即得。
一种耐热耐酸葡萄糖氧化酶的发酵制备及分离纯化方法下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成,希望大家下载以后,能够帮助大家解决实际的问题。
文档下载后可定制随意修改,请根据实际需要进行相应的调整和使用,谢谢!并且,本店铺为大家提供各种各样类型的实用资料,如教育随笔、日记赏析、句子摘抄、古诗大全、经典美文、话题作文、工作总结、词语解析、文案摘录、其他资料等等,如想了解不同资料格式和写法,敬请关注!Download tips: This document is carefully compiled by the editor. I hope that after you download them, they can help you solve practical problems. The document can be customized and modified after downloading, please adjust and use it according to actual needs, thank you!In addition, our shop provides you with various types of practical materials, such as educational essays, diary appreciation, sentence excerpts, ancient poems, classic articles, topic composition, work summary, word parsing, copy excerpts, other materials and so on, want to know different data formats and writing methods, please pay attention!一种耐热耐酸葡萄糖氧化酶的发酵制备及分离纯化方法导言葡萄糖氧化酶(glucose oxidase,GOx)是一种重要的酶类,在食品、医药、生物技术等领域具有广泛的应用价值。
葡萄糖氧化分解-概述说明以及解释1.引言1.1 概述葡萄糖是一种重要的碳水化合物,广泛存在于自然界中。
它是生物体内能量代谢的关键物质,也是人类日常饮食中的主要能量来源之一。
葡萄糖具有较高的化学稳定性,但当遇到适当的反应条件时,它可以发生氧化分解反应。
葡萄糖的氧化分解是指葡萄糖分子在氧气存在下发生反应,引发一系列逐步进行的化学变化。
这一过程可以通过酶的催化加速,也可以利用化学试剂在实验室中进行。
葡萄糖的氧化分解反应释放出能量,并生成一系列产物,这些产物在生物体内和化工过程中都具有重要的应用价值。
葡萄糖的氧化反应在生物体内起着重要的代谢作用。
在人体中,葡萄糖通过细胞呼吸途径进行氧化分解,产生能量供应给身体各个器官和组织。
同时,葡萄糖的氧化分解还参与到其他代谢途径中,如脂肪酸合成和氨基酸合成等。
此外,葡萄糖的氧化分解也被广泛应用于食品加工、酿酒和生物工程等领域。
在食品加工中,葡萄糖的氧化分解反应可以生成特定的风味和香气物质,提升食品品质。
在酿酒过程中,葡萄糖的氧化分解是酵母发酵产生乙醇和二氧化碳的重要步骤。
在生物工程中,葡萄糖的氧化分解可以为生产抗生素、酶和其他有机化合物提供重要的原料和能量。
本文将深入探讨葡萄糖的定义、特性、氧化反应机制以及分解途径。
通过总结葡萄糖的氧化分解过程,我们可以更好地理解葡萄糖的代谢机制和其在生物体内发挥的作用。
同时,对葡萄糖氧化分解的意义和应用进行探讨,可以揭示其在食品加工、酿酒和生物工程等领域中的潜在应用价值。
最后,我们也将展望葡萄糖氧化分解研究的发展方向,以期为进一步探索和应用葡萄糖的氧化分解提供参考和启示。
1.2文章结构文章结构部分的内容如下:1.2 文章结构本文将分为三个主要部分进行探讨,如下所示:第二部分为正文,将着重介绍葡萄糖的氧化分解过程。
首先,我们将阐述葡萄糖的定义和特性,包括其化学式、分子结构以及在生物体内的重要作用。
随后,我们将详细论述葡萄糖的氧化反应,包括反应条件、反应路径以及生成产物。
海洋生物中重要酶类的纯化与鉴定随着人们对海洋资源的深入开发和研究,发现海洋中存在着许多珍贵的生物资源,其中包括很多重要酶类。
酶是一种生物催化剂,对于化学反应速度的加速、生物物质的合成和降解、代谢调控等方面都起着至关重要的作用。
因此,海洋中的酶类资源具有广阔的研究和应用前景,是现代生物技术和药物研究领域中不可缺少的重要资源。
然而,海洋中的生物资源非常复杂,要从中提取和纯化出目标酶类,需要经过一系列复杂的操作和检测步骤。
下面将介绍海洋生物中重要酶类的纯化与鉴定。
一、酶类的来源与分类酶类来源于自然界中的各种生物,包括动物、植物和微生物等。
根据其作用特性和结构特征,可以将酶类分为多种类型,如水解酶、氧化酶、还原酶、转移酶、异构酶等。
在海洋生物中,也存在着各种类型的酶类,如蛋白酶、脂肪酶、葡萄糖氧化酶、过氧化氢酶等。
二、酶类的纯化方法酶类的纯化是指将海洋生物中的目标酶类从其他杂质分离出来,得到较为纯净的酶制剂的过程。
酶类的纯化方法一般分为物理方法和化学方法两种。
1.物理方法物理纯化方法主要包括离心、摇床、超滤等。
其中,离心法是通过不同的离心速度将混合物中的细胞碎片、代谢产物等不同大小和密度的物质分离开来,从而得到目标酶类。
摇床法是利用水平振荡将混合物分成不同重量的层次,从而将目标酶类分离出来。
超滤法则是利用不同的孔径大小过滤膜将不同分子量的物质分离出来。
2.化学方法化学纯化方法主要包括沉淀分离、离子交换、凝胶过滤、亲和层析等。
其中,沉淀分离法是利用加入一些沉淀剂,将想要分离的酶类沉淀下来。
离子交换法则是利用具有活性的离子交换树脂将混合物中的酶分离。
凝胶过滤法是利用具有孔隙的聚合物凝胶将不同分子大小的物质分离开来。
亲和层析则是利用与目标酶类有特异性结合的亲和剂纯化出目标酶制剂。
三、酶类的鉴定方法酶类的鉴定是指对酶制剂的纯度、活性、稳定性等指标进行测试分析,以确定是否满足制药或其他生物技术应用的要求。
常用的酶类鉴定方法主要包括以下几种:1.测定酶的活性:通过测定酶对某种底物的反应速度来确定酶的活性水平。
葡萄糖氧化酶的催化机理及其在食品中的应用现状
葡萄糖氧化酶(glucose oxidase)是一种广泛存在于微生物和
植物中的酶,主要催化葡萄糖的氧化反应,将葡萄糖转化为葡萄糖醛酸和过氧化氢。
葡萄糖氧化酶的催化机理如下:
1. 吸附:葡萄糖分子在酶的活性位点上吸附。
2. 氧化:酶将吸附的葡萄糖分子氧化,生成葡萄糖醛酸和还原型酶。
3. 还原:还原型酶再次氧化,生成氧化型酶和水。
4. 再生:氧化型酶重新接受电子,恢复为还原型酶,以继续催化反应。
葡萄糖氧化酶在食品中有广泛的应用现状,其中主要包括以下几个方面:
1. 食品保鲜:葡萄糖氧化酶可以催化葡萄糖氧化产生过氧化氢,过氧化氢具有很强的杀菌作用,可以抑制食品中的微生物生长,延长食品的保鲜期。
2. 面包和面制品加工:葡萄糖氧化酶可以催化葡萄糖的氧化反应,产生二氧化碳,促进面团的膨胀和发酵,使得面包和面制品更加松软蓬松。
3. 腌制食品:葡萄糖氧化酶可以催化葡萄糖的氧化反应,产生
过氧化氢,过氧化氢可以增强腌制食品的酸度,改善食品的质感和口味。
4. 饮料工业:葡萄糖氧化酶可以催化葡萄糖的氧化反应,产生过氧化氢,过氧化氢有漂白和消毒的作用,可以用于饮料的漂白和杀菌处理。
总之,葡萄糖氧化酶在食品行业中起着重要的作用,通过催化葡萄糖的氧化反应,可以实现食品保鲜、面制品发酵等功能,提高食品的品质和口感。
黑曲霉A9葡萄糖氧化酶的分离提纯及性质研究一、实验目的1.掌握十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳法测定葡萄糖氧化酶相对分子质量的基本原理。
2.熟悉十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳法的基本操作技术。
3.了解从尼崎青霉菌中分离提纯葡萄糖氧化酶的方法。
二、实验原理葡萄糖氧化酶(GlucoseOxidase,简称GOD)系统名为β-D-葡萄糖:氧化还原酶它能专一地将β-D-葡萄糖氧化成葡萄糖酸和过氧化氢。
葡萄糖氧化酶在食品、医药及生物等领域有着广泛的应用。
分布于动物、植物及微生物体内,在微生物中主要产生于黑曲霉和青霉属菌株。
为了进行葡萄糖氧化酶酶学性质、催化机理、蛋白质序列及基因等方面的研究,首先要对其进行提纯,因为黑曲霉或青霉在产生葡萄糖氧化酶的同时还常伴有过氧化氢酶、α-淀粉酶、蔗糖酶和其他杂蛋白的产生。
以黑曲霉A9菌种为材料,通过培养发酵、离心、浓缩、透析、DEAE-32离子交换柱层析、Sephacry S-200分子柱层析分离纯化葡萄糖氧化酶,测定分析其理化性质及酶学性质。
分离提纯之后的葡萄糖氧化酶的分子量测定采用是的SDS-PAGE法,根据蛋白质-SDS复合物的迁移率与蛋白质相对分子质量呈线性关系:lgMW=lgK - bm可以绘制出标准蛋白曲线,从而测出的葡萄糖氧化酶的分子量。
葡萄糖氧化酶的性质测定主要讨论的是温度、pH对酶活性的影响。
由于葡萄糖氧化酶能够利用氧和水将葡萄糖氧化成葡萄糖酸,并释放过氧化氢。
过氧化物酶可将过氧化氢分解为水和氧,并使色原性受体4-氨基安替吡啉和酚去氢缩合为红色醌类化合物,即Trinder反应,因此可以借由这一反应,控制变量,比较颜色深浅反映出各个条件对酶活性的影响。
三、实验试剂与仪器菌种河北农业大学食品科技学院酶工程实验室筛选并保存的黑曲霉菌株A9。
主要药品与试剂 5.55mmol/L葡萄糖标准应用液,辣根过氧化物酶,4-氨基安替吡啉,苯酚(也可用成套试剂盒,酶试剂,酚试剂)标准蛋白混合液, 30%丙烯酰胺贮存液,1.5mol/L Tris-HCL分离胶缓冲液,0.5mol/L Tris-HCL浓缩胶缓冲液,10%SDS, Tris-甘氨酸/SDS电泳缓冲液(PH8.3),10%过硫酸铵,TEMED,染色液,脱色液,2*上样缓冲液等仪器 SDS-PAGE电泳仪干净试管若干微量加样器(20、500µL) 5mL刻度吸管四、实验步骤,1.粗酶液制备发酵培养基: 葡萄糖12%、磷酸氢二铵0.4% 、磷酸二氢钾0.2% 、硫酸镁0.2% 、碳酸钙1%、吐温- 80 1% , 制备7 L 液态发酵培养基, 接种浓度104个/mL, 30℃, 4d 达产酶高峰。
葡萄糖氧化酶的分离纯化方法葡萄糖氧化酶是一类具有重要生物学功能的酶,其在葡萄糖代谢中起着关键作用。
葡萄糖氧化酶的纯化和分离是研究其结构、功能及其与有机物之间相互作用的基础。
本文就葡萄糖氧化酶的分离纯化方法做一简单介绍。
葡萄糖氧化酶在细胞内的浓度很低,因此分离纯化葡萄糖氧化酶的第一步是将其从细胞内分离出来。
常用的技术有活性液体萃取技术、离子交换技术、硫酸法和细胞膜分离技术等。
活性液体萃取是利用酶的活性与溶剂的活性之间的互相作用,将酶从细胞内分离出来,然后通过沉淀法或离心法将酶收集回来。
离子交换技术是通过离子交换柱将葡萄糖氧化酶从细胞内分离出来,再结合沉淀法或离心法,将葡萄糖氧化酶从溶液中收集回来。
硫酸法是利用硫酸氢钠的溶解作用将葡萄糖氧化酶从细胞内分离出来,然后通过沉淀法或离心法将葡萄糖氧化酶从溶液中收集回来。
细胞膜分离技术是将细胞内的葡萄糖氧化酶分离出来,再通过沉淀法或离心法将葡萄糖氧化酶从溶液中收集回来。
经过上述分离纯化步骤,可以得到葡萄糖氧化酶的粗酶液,然后再进行精制。
常用的精制方法有电泳分离技术、溶剂萃取技术和结合技术等。
电泳分离技术是利用电泳柱将葡萄糖氧化酶从溶液中分离出来,溶剂萃取技术是利用溶剂的活性与葡萄糖氧化酶的活性之间的相互作用,将葡萄糖氧化酶从溶液中分离出来,结合技术是利用葡萄糖氧化酶与结合剂之间的相互作用,将葡萄糖氧化酶从溶液中分离出来。
经过上述步骤,可以得到纯化的葡萄糖氧化酶,能够用于研究其结构、功能及其与有机物之间的相互作用。
葡萄糖氧化酶的纯化和分离是必不可少的,只有正确有效地进行纯化和分离,才能够更好地研究葡萄糖氧化酶的结构、功能及其与有机物的相互作用。
总之,葡萄糖氧化酶的分离纯化方法包括分离和精制两个步骤,分离步骤中常用的技术有活性液体萃取技术、离子交换技术、硫酸法和细胞膜分离技术等,精制步骤中常用的技术有电泳分离技术、溶剂萃取技术和结合技术等。
只有正确有效地进行葡萄糖氧化酶的分离纯化,才能够更好地研究其结构、功能及其与有机物的相互作用。
葡萄糖氧化酶一、酶的简介葡萄糖氧化酶(Glucose Oxidase,简称GOD)能够在有氧气的条件下专一性催化β-D- 葡萄糖生成葡萄糖酸和过氧化氢,高纯度GOD的制剂为淡黄色粉末、易溶于水,完全不溶于乙醚、氯仿、甘油和乙二醇[1]。
50%丙酮、66%甲醇能使其沉淀。
它广泛地分布于动物、植物和微生物体内,但由于微生物具有生长繁殖速度快,来源广等特点使之成为葡萄糖氧化酶的主要来源,微生物中的主要生产菌株为黑曲霉和青霉。
葡萄糖氧化酶是用黑曲霉等发酵制得的一种需氧脱氢酶,对人体无毒、副作用,具有去除葡萄糖、脱氧、杀菌等功能,它广泛应用于食品、饲料、医药等行业中,具有去除葡萄糖、脱氧、杀菌等作用。
【2】二、菌种及培养基2.1 菌种:以黑曲霉H1-9b为菌种,在发酵罐中装入培养基2.2 发酵培养基(g/L):蔗糖80、蛋白胨3、KH2PO4 2、MgSO4·7H2O 0.7、KCl 0.5、NaNO3 4,pH5.5;斜面培养基(g/L):蔗糖30、NaNO32、K2HPO41、KCl 0.5、MgSO4 0.5、FeSO40.01、琼脂20,pH5.5【3】。
发酵条件为:26~29摄氏度,pH值自然,通风量0.3m3/(m3·min),搅拌速度400r/min。
发酵液离心分离得菌丝体,经研磨(因葡萄糖氧化酶是一种胞内酶,提取时首先必须先研磨破壁)后过滤,得到含葡萄糖氧化酶的滤液即酶液。
[4]三、工艺流程葡萄糖氧化酶制备流程图原料预处理培养基配制灭菌无菌空气制备发酵产品的分离纯化菌种的制备和种子培养葡萄糖氧化酶下游工艺流程图3.1葡萄糖氧化酶的发酵3.1.1种子液培养在斜面培养基上接种黑曲霉H1-9b 孢子,28℃培养4 ~5 d 。
3.1.2摇瓶发酵250mL 锥形瓶中分装50mL 发酵培养基,121℃灭菌20min,接种黑曲霉H1-9a 孢子浓度为104个/mL,28℃、200r/min 摇床培养80h 即达产酶高峰。
葡萄糖氧化酶简介及其应用1.葡萄糖氧化酶简介葡萄糖氧化酶(glucose oxidase,GOD)是动物体内消化道不能分泌的酶;是一种需氧脱氢酶,系统命名为β-D-葡萄糖氧化还原酶,能专一地氧化分解β-D-葡萄糖为葡萄糖酸和过氧化氢,同时消耗大量的氧气。
葡萄糖氧化酶反应的最初产物不是葡萄糖酸,而是中间产物δ-葡萄糖酸内酯,δ-葡萄糖酸内酯以非酶促反应自发水解为葡萄糖酸。
葡萄糖氧化酶通常与过氧化氢酶组成一个氧化还原酶系统。
葡萄糖氧化酶在生产上一般采用的霉菌是黑曲霉和青霉属菌株。
早在1904年人们就发现了葡萄糖氧化酶,直到1928年Muller 才首先从黑曲霉的无细胞提取液中发现葡萄糖氧化酶,在研究了其催化机理后正式将其命名为葡萄糖氧化酶,并将其归入脱氢酶类。
我国自1986年开始研究葡萄糖氧化酶的制备提纯工艺,1998年正式投入生产,1999年农业部将其定为可以使用的饲料酶制剂。
产自特异青霉和黑曲霉的葡萄糖氧化酶已被列人农业部《饲料添加剂品种目录(2013)》第四大类酶制剂。
1.1葡萄糖氧化酶形态及特性高纯度葡萄糖氧化酶分子质量为150~152ku,为淡黄色粉末,易溶于水,不溶于乙醚、氯仿、丁醇、吡啶、甘油、乙二醇等有机溶剂,50%丙酮溶液和60%甲醇溶液能使其沉淀。
1.1.1耐受PH值葡萄糖氧化酶在pH为3.0~7.0时具有很好的稳定性,最适pH为5-6。
如果没有葡萄糖等保护剂的存在,pH大于8或小于3时葡萄糖氧化酶将迅速失活。
1.1.2耐受温度葡萄糖氧化酶作用温度为30~60℃,固体葡萄糖氧化酶制剂在0℃下至少可稳定保存2年,在-15℃下则可稳定保存8年。
实际生产的耐高温的葡萄糖氧化酶有两类:①常规菌种产生的葡萄糖氧化酶经过包被工艺处理;②耐高温菌株产生的葡萄糖氧化酶,不用包被就能耐高温。
1.1.3光谱葡萄糖氧化酶的最大光吸收波长为377~455nm,在紫外光下无荧光,但经热、酸或碱处理后具有特殊的绿色。
一种葡萄糖氧化酶制备方法引言葡萄糖氧化酶(glucose oxidase, GOx) 是一种重要的生物催化剂,可将葡萄糖氧化为葡萄糖酸,并释放出氧气。
GOx广泛应用于食品、医药、生物传感器等领域,因此研究高效制备GOx的方法具有重要意义。
本文介绍了一种简便、高效的葡萄糖氧化酶制备方法。
方法材料准备1. 酵母菌:选择适合GOx产量高的酵母菌品种,如Aspergillus niger。
2. 营养培养基:配制含有葡萄糖和适宜碳氮比例的培养基,如酵母葡萄糖培养基。
3. 发酵罐:选择适宜的发酵罐,具备搅拌、温度控制和通气等功能。
发酵过程1. 清洗发酵罐:将发酵罐用热水和清洁剂清洗干净,保证无污染。
2. 导入培养基:将营养培养基倒入发酵罐中,同时加入适量的酵母菌,使浓度达到适宜的发酵浓度。
3. 调控发酵条件:在发酵罐中进行适当的温度和pH调节,一般情况下,温度保持在30-35,pH值调节在4-5。
4. 发酵过程:启动发酵装置,进行适宜的搅拌和通气,使酵母菌进行呼吸代谢和生长。
根据菌株生长速率和培养基含量不同,发酵过程需持续一定的时间,一般为24-48小时。
5. 收获发酵液:当发酵溶液中的葡萄糖被完全消耗,或者产酸速率减缓时,即可停止发酵。
此时,得到的发酵液中含有高浓度的GOx。
提取和纯化1. 发酵液收集:将发酵罐中的发酵液通过过滤器进行初步收集。
2. 加酸和沉淀:向发酵液中加入适量的酸,使发酵液酸化,同时将产生的沉淀进行沉淀分离。
3. 沉淀收集:通过离心或过滤的方式将沉淀收集并洗涤净。
4. 重溶和浓缩:将沉淀重溶于适量的缓冲液中,并进行浓缩。
5. 脱盐和纯化:利用离心、透析、层析等技术,将酶活析出和纯化,以获得高纯度的GOx。
结果与讨论采用以上方法制备的GOx具有较高的产率和活性,通过比较不同实验条件下的产酶量,确定了最适宜的发酵条件,以及最适宜的提取和纯化条件。
通过进一步对纯化后的GOx进行酶学性质分析,证实其催化活性与商业化的GOx相当。
不同来源葡萄糖氧化酶的分离纯化及其生物催化特性王文婷;赵伟;章魁普;黎亮;郭美锦【摘要】采用离子交换层析法对4种不同来源的葡萄糖氧化酶(Glucose oxidase,GOD,ECI.1.3.4)进行分离纯化,纯化后酶的相对分子质量约为130 kDu,为双亚基酶.纯化后的4种酶的酶学性质相对稳定,对pH有较宽的响应范围.温度为20~50℃时,随着温度的升高酶活降低且稳定性较好;温度为55℃时稳定性较差;而在60℃时则失活.金属离子如Fe2+、Co2+、Mg2+和Cu2+对4种酶都有较强的抑制作用,Fe2+的抑制尤其明显,而螯合剂EDTA可以激活酶的活性.在30℃、pH 为7.0的条件下,以不同浓度(20~100 mmol/L)的葡萄糖为底物分别测定4种酶的米氏常数(Km)和催化常数(Kcat).通过光谱和色谱对4种葡萄糖氧化酶进行检测,虽然氨基酸组成有明显不同,但二维结构基本一致,而GOD前体goxC和修饰蛋白如过氧化氢酶、过氧化氢酶前体和Pc16g04630等可能是提高GOD催化效率和工业应用的分子基础.【期刊名称】《华东理工大学学报(自然科学版)》【年(卷),期】2016(042)004【总页数】8页(P484-491)【关键词】葡萄糖氧化酶;纯化;生物催化特性;氨基酸序列分析【作者】王文婷;赵伟;章魁普;黎亮;郭美锦【作者单位】华东理工大学生物反应器工程国家重点实验室,上海200237;山东福洋生物科技有限公司,山东德州253100;华东理工大学生物反应器工程国家重点实验室,上海200237;华东理工大学生物反应器工程国家重点实验室,上海200237;华东理工大学生物反应器工程国家重点实验室,上海200237【正文语种】中文【中图分类】Q814葡萄糖氧化酶(glucose oxidase,GOD,EC 1.1.3.4)是一种需氧脱氢酶,能够在有氧条件下高度专一性地将β-D-葡萄糖氧化成δ-D-葡萄糖酸内酯和过氧化氢,然后δ-D-葡萄糖酸内酯以一种非酶促反应自发水解成β-D-葡萄糖酸,而过氧化氢酶将过氧化氢分解生产水和氧[1]。
GOD广泛分布于动物、植物和微生物体内。
目前应用于工业生产中的主要是青霉素和黑曲霉两种[2-3],其中黑曲霉的应用更为广泛。
由于GOD天然无毒、无副作用,因而在食品工业、医疗诊断、生物传感器方面有着广泛的应用[4-6]。
葡萄糖酸的生产可以追溯到1870年Hlasiwetz和Habermann发现了葡萄糖酸[7]。
葡萄糖酸是由葡萄糖通过一个简单的葡萄糖氧化酶催化脱氢反应产生。
生产葡萄糖酸的方法有许多种,如化学、电化学、生物化学和生物电化学[8-9]。
目前,发酵是一个高效且广泛使用的生产葡萄糖酸的技术,用酶法生产葡萄糖酸已经成为一种趋势。
葡萄糖酸钠的工业生产多采用发酵法。
将黑曲霉作为出发菌株,通过逐步扩大培养,用发酵代谢的葡萄糖氧化酶催化葡萄糖生成葡萄糖酸。
然而发酵过程易受细菌、工艺变化等因素的影响。
而酶法生产可直接利用GOD催化葡萄糖生成葡萄糖酸钠。
但是葡萄糖氧化酶在pH 4~6以及40 ℃的条件下仅可以稳定2 h。
这使得酶法生产葡萄糖酸工业化变得十分困难。
本文对4种不同来源的葡萄糖氧化酶进行分离纯化并在纯化后比较其酶学性质,为其工业化应用提供指导。
1.1 材料1.1.1 葡萄糖氧化酶葡萄糖氧化酶NV1和高温葡萄糖氧化酶NV2均购自诺维信公司; 葡萄糖氧化酶sGOD购自山东隆大生物技术公司,该酶为用DNA shuffling分子进化法改造而来;液体发酵葡萄糖氧化酶rGOD系自行设计合成。
4种葡萄糖氧化酶均来自黑曲霉(Aspergillus niger)。
1.1.2 试剂DEAE-FF填料、BCA试剂盒、三羟甲基氨基甲烷(Tris)、SDS、EDTA均为生工生物工程有限公司产品; 邻联茴香胺、辣根过氧化物酶均为上海源聚生物科技有限公司产品; 葡萄糖酸钠为梯希爱(上海)化成工业发展有限公司产品; 其余试剂均为国产分析纯。
1.1.3 仪器Mini-PROTEIN垂直电泳槽(Bio-Rad科技有限公司);生物电泳图像分析系统(上海复日科技有限公司);紫外可见分光光度计(上海舜宇恒平科学仪器有限公司);电热恒温水槽(上海精宏实验设备有限公司);J-810圆二色谱仪(日本分光(JASCO)公司);ZHWY-3212回旋振荡摇瓶机(上海智诚分析仪器制造有限公司)。
1.2 方法1.2.1 酶分离纯化方法将离子交换剂DEAE Sepharose FF的上清液倒去,与缓冲液按体积比为3∶1混匀后装柱,在装柱的过程中应避免产生气泡。
用10个柱体积的0.05 mol/L pH 7.1的Tris-HCl缓冲溶液平衡离子交换层析柱,流速为1mL/min。
将过滤后的粗酶液以0.2 mL/min的速度泵入柱子中。
用0~0.3 mol/L NaCl(用0.05 mol/L pH 7.1的Tris-HCl缓冲溶液配制)进行梯度洗脱,流速为0.7 mL/min。
每管收集8 mL,层析完成后收集GOD活性管,用透析袋脱盐后冷冻备用。
离子交换柱用1 mol/L的NaCl缓冲溶液重生后,用φ=20%的乙醇溶液4 ℃冷藏保存。
1.2.2 酶活力的测定葡萄糖氧化酶酶活的定义:在pH=5.6,温度为30 ℃的条件下,每分钟催化1 μmol葡萄糖转化为葡萄糖酸和过氧化氢所需的葡萄糖氧化酶的量定义为一个酶活力单位(U)。
参照文献[10],在试管中分别加入2.4 mL、0.21 mol/L的邻联茴香胺,0.5 mL、1g/L的葡萄糖溶液和0.1 mL、0.1 g/L的辣根过氧化酶,摇匀后,在35 ℃下水浴5 min。
检测时加入0.1 mL样品,于波长500 nm处每30 s记录吸光度(A500 nm)。
以A500 nm对时间作图,找出最大斜率ΔA(min)。
根据下式计算葡萄糖氧化酶的酶活。
葡萄糖氧化酶活性式中:V1为反应液总体积,mL;V2为所加样品液体积,mL;7.5为氧化型邻联茴香胺的消光系数。
1.2.3 酶蛋白浓度的测定用Bradford等[11]方法测定蛋白质含量,以牛血清白蛋白(BSA)为标准品。
1.2.4 酶学性质研究(1) 最适pH。
30 ℃下,分别测定纯化前后不同GOD在不同pH (3~10)缓冲液下的酶活。
(2) 最适温度。
在pH=7.0的缓冲液中,分别测定纯化前后不同GOD在不同温度(4~60 ℃)下分别保温4,8,12,24 h的酶活。
(3) 金属离子活性剂对酶活的影响。
在30 ℃,pH=7.0的条件下,将纯化前后不同的GOD分别与20 mmol/L的Mg2+,Fe2+,Cu2+,Co2+,Mn2+,Ca2+,Zn2+以及SDS,EDTA溶液混合,探讨各种金属离子及活性剂对酶活的影响。
(4) GOD的Km,Kcat测定。
在30 ℃,pH=7.0的条件下,以不同浓度(20~100 mmol/L)的葡萄糖为底物,测定其酶活,并按双倒数法(Lineweaver-Burk法[12])作图,求出其米氏常数(Km)及最大反应速率(Vmax),并根据酶浓度计算其催化常数(Kcat)。
(5) 不同GOD的原二色谱检测。
将GOD分别稀释至低于1.0 g/L,用圆二色谱检测并进行数据分析。
(6) 不同GOD的Moldi-TOF-TOF检测。
将纯化后的GOD分别进行蛋白电泳,将所需的条带切下送至生工生物工程有限公司进行Moldi-TOF-TOF检测。
2.1 葡萄糖氧化酶的分离纯化4个不同来源的GOD纯化前蛋白电泳图如图1所示,可以看出GOD均有一些杂带。
Marker的条带大小从上至下分别为200.0,116.0,97.2,66.4,44.3,29.0,20.1,14.3、6.5 kDu。
GOD经DEAE-FF离子交换层析的洗脱曲线如图2所示。
酶液经SDS-PAGE分析,用考马斯亮蓝R-250染色,呈现单一条带,说明该酶已经达到电泳纯,如图3所示。
Marker的条带大小从上至下分别为200.0,116.0,97.2,66.4,44.3,29.0,20.1,14.3和6.5 kDu。
纯化得到的GOD,亚基大小大约为65.8 kDu(sGOD约为63.2 kDu),全酶分子量经测定约为131 kDu(sGOD约为126 kDu),为2个相同的二聚体组成。
纯化后,NV1、sGOD、rGOD、NV2的比酶活分别提高了4.5、5.6、5.2、1.2倍。
2.2 酶学性质研究2.2.1 最适pH 分别配制pH为3~10的缓冲液。
在30 ℃下,分别测定纯化前后不同GOD在不同pH缓冲液下的酶活,得到图4。
由图可见,纯化前的酶活有着各自的最适pH(集中在6~8),可能与其造粒时所加保护剂辅料有关,而纯化后的酶活对pH并不敏感,基本保持一致。
2.2.2 最适温度将不同的GOD溶解于pH=7的缓冲液中,并分别放置在4、20、30、35、40、55、60 ℃中保温。
在不同温度下保温4、8、12、24 h后测定GOD酶活。
由图5可以看出,纯化后的葡萄糖氧化酶随着温度的升高而活性降低,而且随着时间的延长,酶活几乎没有损失。
在55 ℃时,酶活随着时间而逐渐降低。
60 ℃下,4种葡萄糖氧化酶均没有活性。
2.2.3 金属离子及活性剂对酶活的影响将纯化前后不同的GOD溶解于20 mmol/L的Mg2+、Fe2+、Cu2+、Co2+、Mn2+、Ca2+、Zn2+以及SDS、EDTA溶液中,观察各种金属离子及活性剂对酶活的影响。
从图6中可以看出,Fe2+对4种GOD,无论是纯化前和纯化后都为抑制作用。
Co2+,Mg2+,Cu2+对GOD 也有一定的抑制作用,而EDTA可以激活纯化后GOD的活性,可能是2价金属离子对GOD空间结构有影响,从而抑制酶活。
经过EDTA对金属离子的络合,从而促进酶活的增加。
2.2.4 葡萄糖及葡萄糖酸钠浓度对不同来源GOD催化的影响将GOD溶解于不同质量浓度的葡萄糖和葡萄糖酸钠溶液中,测定酶活。
从图7和图8中可以看出,随着葡萄糖质量浓度的提高,GOD的酶活随之提高,而酶活在葡萄糖酸钠质量浓度的变化中呈现波动状(图8示出的水平线为各种酶酶活的平均值)。
2.2.5 酶的动力学参数在30 ℃,pH=7.0的条件下,以不同浓度(20~100 mmol/L)的葡萄糖为底物,测定其酶活,并按双倒数法作图,如图9所示。
测得GOD 的Km值如下:NV1为43.93 mmol/L,sGOD为34.74 mmol/L,rGOD为43.95 mmol/L,耐高温NV2为79.13 mmol/L。
说明NV2酶虽然可以耐高温,但对葡萄糖底物的亲和力却下降了约一半,因而更适合底物浓度高时的催化。
此特点有可能会使底物难以完全进行催化反应。