BỘ ĐỀ PHÁT TRIỂN THEO CẤU TRÚC ĐỀ MINH HỌA BGD NGÀY 22-3-2024 KỲ THI TỐT NGHI...
Xylanase
1. Nghiên cứu sản xuất Xylanase tái tổ hợp
HVTH: Hoàng Nữ Lệ Quyên
Cao Xuân Bách
-------------------------------------- --------------------------------------
XinRanLi,HuiXu,JieXie,QiaoFuYi,WeiLi,DaiRongQiao,YiCao, andYuCao.
ThermostableSitesandCatalyticCharacterizationofXylanaseXYNBofAspergillusnigerS
CTCC400264, J. Microbiol. Biotechnol. (2014),24(4), 483–488
2. Nội dung
1. Tổng quan
2. Nguồn gen và vector tách dòng
3. Vector và vật chủ biểu hiện
4. Kết luận
3. Tổng quan
Xylan là thành phần chính cấu tạo nên hemicellulose của
thành tế bào thực vật.
Xylan là polymer bao gồm các đơn phân D – xylose liên kết
với nhau bằng liên kết ß – 1,4 – glycoside.
4. Xylanase
Xylanase là enzyme tham gia thủy phân xylan.
Hai nhóm enzyme chủ yếu phân hủy xylan:
+ endo – 1,4 – ß - xylanase, enzyme này thủy phân liên
kết 1,4 – ß - Glucosid.
+ ß – xylosidases; enzyme này thủy phân xylobiose và
xylooligosaccharid.
- Các enzyme (debranching enzyme): α – glucuronidase;
acetylxylan… loại bỏ mạch nhánh acetyl và mạch nhánh
phenol.
5. Xylanase
Dựa trên trình tự tương đồng của amino acid chia enzyme
xylanase thành 2 họ chính:
+ Họ 10 (KLPT > 30 kDa)
+ Họ 11 (KLPT khoảng 20kDa)
6. Xylanase
Xylanase có nguồn gốc thực vật:
+ sinh tổng hợp endo-xylanase trong quả lê Nhật Bản trong giai
đoạn chín.
+ sinh tổng hợp endo-xylanase (klpt 55 kDa) từ lúa mì.
Xylanase được sinh tổng hợp chủ yếu từ các vi sinh vật:
+ sinh tổng hợp xylanase từ vi khuẩn: Bacillus SSP; Bacillus
circulans…
+ sinh tổng hợp xylanase từ nấm mốc: Trichoderma sp;
A.niger;…
7. Nguồn gen và vector tách dòng
Nguồn gen: Aspergillus Niger
Gen: xynB chịu nhiệt
(FJ772090).
Trong bộ sưu tập chủng giống
Tứ Xuyên – Trung Quốc.
Dựa trên trình tự nucleotide của
XynB:
Aspergillus Niger
P1: 5'-GGAATTCTCGACCCCGACCGGCGAGAA-3 ';
P2: 5'-ATAGCGGCCGCTTACTGAACAGTGATGGAGGAAGA-3 '.
8. Nguồn gen và vector tách dòng
Vector tách dòng: pMD19-T
Vật chủ tách dòng:
Escherichia Coli
9. Vector và vật chủ biểu hiện
Vector tái tổ hợp: pPIC9K
Vật chủ biểu hiện: Pichia Pastoris
Pichia Pastoris
10. Vector pPIC9K
Là vector biểu hiện trong nấm
men Pichia pastoris
Kết hợp gen AOX cảm ứng
methanol tạo protein tái tổ hợp
Cấu trúc vector:
- Ori
- AOX3
- AOX1 promoter
- Điểm polylinker MSC
- AOX1 terminator
- Gen kháng Kanamycin, Ampi
11. Vật chủ biểu hiện: Pichia Pastoris
Nấm men: eukaryote
Ưu điểm:
- Tốc độ sinh trưởng cao,
- Môi trường đơn giản không tốn kém
- Có thể phù hợp quy mô lớn hay nhỏ
- Môi trường tự bảo vệ
12. Kết quả nghiên cứu
Hình. 3. Nhiệt độ tối ưu của xylanase tái tổ hợp. Nhiệt
độ tối ưu được xác định bằng phương pháp Ghose: ủ
các enzyme trong 0,1 M citrate đệm, pH 5,0, trong 10
phút ở nhiệt độ khác nhau.
Hình 6. Sự ảnh hưởng của các Hoạt độ của enzym tái
tổ hợp của các ion kim loại khác nhau. Cơ chất bao
gồm K+, Mg2+, Fe2+, Mn2+, Cu2+, Ca2+, Fe3+, Co2+,
Zn2+.
Hình 5. Ổn định nhiệt của xylanase tái tổ hợp.
Protein tái tổ hợp được xác định bằng ủ ở 80 ° C
trong 10 phút.
Hình 4. pH tối ưu độ bền của xylanase tái tổ hợp. pH
tối ưu được xác định bằng cách ủ ở 50 ° C trong 10
phút ở pH khác nhau bằng phương pháp của Ghose;
pH 2-10.
13. So sánh điểm khác biệt trình tự gen XynB
Sriprang và cộng sự đã xây dựng lại XYLB
(AY551187) của Aspergillus BCC14405, thay thế Arg
cho Ser/Thr, và thu được hai đột biến, ST4 và ST5, do
đó tạo độ bền nhiệt cao hơn
Hình 7. Các chuỗi liên kết của xynB trong Aspergillus
niger. I: Tín hiệu peptide, 1-37; II-IV: vị trí khác nhau.
14. Phân tích lựu van der Waals và liên kết H
Hình 8A và 8B: phân tích lực vander Waals
trong XYNB (ACN89393 và AAS67299),
cho thấy có thêm một gốc oxy tự do trong
AAS67299 tại vị trí trung tâm xúc tác cho
thấy ái lực tốt hơn, vận chuyển proton,…,
và làm tăng hoạt động của enzyme.
Hình 8C và 8D: Phân tích liên kết H trong
XYNB chỉ ra rằng có nhiều hơn hai liên
kết H tại 33 Ser của XYNB (AAS67299)
so với Ala 33 (ACN89393), và hai H-liên
kết giữa Ser70 và Asp67.
Ser ưa nước hơn Ala, và gần khu vực vị trí
thứ 70, có nhiều các axit amin ưa nước hơn
axit amin kỵ nước, nơi chỉ có hai Ala68 và
Ile222 là kỵ nước trong chín axit amin. Do
đó tương tác kỵ nước tăng làm duy trì cấu
trúc hai lớp và cải thiện tính bền nhiệt.
Hình 8. Phân tích Lực Van der
Waals và liên kết Hydro của xynB
(ACN89393 và AAS67299) trong
Aspergillus niger. (A, B) phân tích
lựcVan der Waals cho XYNB (A:
ACN89393; B: AAS67299); (C, D),
phân tích liên kết hydro cho XYNB
(C: ACN89393 D: AAS67299).
15. Kết luận
Enzyme tái tổ hợp có nhiều ưu điểm:
- Có khả năng cải tạo nâng cao khả năng bền nhiệt, chịu pH,
nâng cao hoạt tính
- Dễ dàng áp dụng trong quy mô nhỏ, lớn
- Có thể cải thiện tính chất để dễ thu nhận enzyme
- Mở rộng lĩnh vực ứng dụng
Những điểm cần lưu ý:
- Kiểm soát an toàn sinh học
- Tính ổn định về di truyền
16. Tài liệu tham khảo
XinRanLi,HuiXu,JieXie,QiaoFuYi,WeiLi,DaiRongQiao,YiCao,
andYuCao.
ThermostableSitesandCatalyticCharacterizationofXylanaseXYNBofA
spergillusnigerSCTCC400264, J. Microbiol. Biotechnol.
(2014),24(4), 483–488
Guanhua Fu, Yongtao Wang, [...], and Chenyan Zhou.
Cloning, Expression, and Characterization of an GHF 11 Xylanase
from Aspergillus niger XZ-3S, Indian J Microbiol (Oct–Dec 2012)
52(4):682–688
Yui Takahashi, Hiroaki Kawabata, and Shuichiro Murakami.Analysis
of functional xylanases in xylan degradation by Aspergillus niger E-
1 and characterization of the GH family 10 xylanase XynVII,
Takahashi et al. SpringerPlus 2013, 2:447
Notes de l'éditeur
+ endo – 1,4 – ß - xylanase (1,4 – ß – D – xylanohydrolase) lớp enzyme này thủy phân liên kết 1,4 – ß - Glucosid nối với xylose.
+ ß – xylosidases (1,4 – ß – D – xylan xylanohydrolase; EC 3.2.1.37), lớp enzyme này thủy phân xylobiose và xylooligosaccharid ngắn nhờ hoạt động của enzyme endo – xylanase.
Sự đa dạng của xylan dẫn đến sự đa dạng của enzyme xylanase.
Họ 10: khối lượng phân tử lớn, có khả năng thủy phan cellulose và xylan. Cấu trúc đa dạng và phức tạp.
Họ 11: khối lượng phân tử nhỏ, đặc hiệu với xylan.
- A.Niger có khả năng tiết enzyme với hàm lượng cao, ổn định, là vsv quan trọng trong sản xuất cn trở thành vật chủ để biểu hiện E mong muốn.
xynB gen xylanase chịu nhiệt từ chủng A.niger SCTCC 400.264 đã được tách dòng và biểu hiện trong P. pastoris. Năng suất cao của xylanase đã được biểu hiện. Chúng tôi thực hiện một nghiên cứu về đặc tính chịu nhiệt của enzyme xylanase tái tổ hợp.
XynB (GH43 β-xylosidase/α-arabinofuranosidase)
PMD 19-T vector được sử dụng bởi vì nó sẽ cho phép nhân gen trong E.Coli. Các vị trí EcoRI chỉ ra nơi gen sẽ được gắn vào vector.
Pichia pastoris có hai gen oxyhoa rược AOX1 va AOX2: alcohol oxydase trong đó AOX1 có promoter cảm ứng mạnh. Những gen này cho phép pichia sử dụng methanol như nguôn dinh dưỡng C
cảm ứng AOX bởi methanol . Thông thường chèn gen protein vào dưới sự kiểm soát của promotor aox1 tức là kiểm soát tao pr bằng việc bổ sung methanol. Trong một vector biểu hiện phổ biến, protein mong muốn dược sx như một sản phẩm kết hợp tín hiệu điều tiết của các yếu tố alpha từ Saccharomyces cerevisiae. điều này làm cho pr đc tiết ra môi trg, dễ dàng tách và tinh sạch. Có plasmid thg mại có các tính năng két hợp.
So sánh
E coli thường là vật biểu hiện sx protein và DNA tái tổ hợp do tốc độ nhanh, tỷ lệ sx pr tốt và ko đòi hỏi đk môi trường. biểu hiện trong E nhanh hơn trong Pichia do E có thể giữ đông lạnh và sd ngay sau khi rã đông. còn pichia phải đc sx ngay. thời gian cảm ứng tối ưu thường sau vài ngày, trong khi E là vài giờ. Ưu của Pi là có khả năng tạo biến đổi sau dịch mã, tạo cầu Disulfide và glucosyl hóa trong pr.
Có thể làm trên Sacchaaromyces cerevisiae nhưng Pi có hai ưu hơn để làm trong ptn và công nghiệp
Pi có thể dùng methanol là nguồn dinh dưỡng C do đó môi trường lên men tự bảo vệ, hệ thống rẻ để lên men và duy trì
Pi có thể phát triển mật độ cao, đk tốt có thể thành dịch tế bào đặc sánh như hồ dán. cho phép sx lượng lớn pr mà ko cần thbi đắt tiền