大肠杆菌血红素合成调节及其对血红素过氧化物酶的影响
发布时间：2021-09-30 14:13
血红素（heme）是一类结构中含铁离子的卟啉类化合物,在生物体内参与细胞电子呼吸链传递、活性氧分解、底物的催化氧化等重要生理功能;也可作为辅因子与过氧化物酶结合发挥催化氧化作用,其含量高低会影响酶活性。本研究以Escherichia coli BL21（DE3）为出发菌株,以血红素合成途径（C5途径）为研究对象,通过分子改造,调控血红素合成途径上游起始物谷氨酸的代谢流和中间产物5-氨基乙酰丙酸（5-aminolevulinicacid,ALA）转运蛋白的表达,探究重组菌在血红素合成和基因转录水平上的变化;将经过改造的E.coli作为宿主菌表达血红素过氧化物酶并优化培养条件,探究血红素途径的改造对酶活力的影响。主要研究内容和结果如下:（1）调控谷氨酸代谢流及过表达谷氨酰-tRNA还原酶（hemA）促进血红素合成。选取小电导类机械敏感性离子通道（MscS）和3-脱氧-2-阿拉伯庚酮糖-7-磷酸合成酶（AroG）进行调控。MscS在渗透压调节、细胞分裂和氨基酸转运中具有生理功能;AroG竞争磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）,分流了TCA的代谢通量,进而影响?-KG生成谷氨酸;HemA催化的反应是C...
【文章来源】：江南大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：51 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
血红素结构示意图
第一章绪论3图1-2ALA的结构式Fig.1-2MolecularstructureofALA在生物体内，ALA过量积累会对细胞产生毒害作用：ALA氧化会产生过量的活性氧，给生物大分子（蛋白质、核酸和脂质等）带来损伤；ALA代谢产物卟啉类物质对细胞也有一定的毒性[21]，所以ALA合成高度严格保守。ALA通常由2种途径合成[22]，分别是C4途径和C5途径，如图1-3所示。C4途径一般存在于哺乳动物、酵母、鸟类和紫色非硫光合细菌中，C5途径则存在于藻类、高等植物和多种细菌中[23]，包括大肠杆菌（Escherichiacoli）。图1-3ALA合成途径Fig.1-3ThesyntheticpathwayofALAC4途径由hemA基因编码的5-氨基乙酰丙酸合成酶（5-aminolevulinicacidsynthase，ALAS）以5"-磷酸吡哆醛（5"-pyridoxalphosphate，PLP）作为辅因子[23,24]，催化前体琥珀酰辅酶A（Succinyl-CoA）、甘氨酸（Glycine）缩合生成ALA。C5途径由谷氨酸出发，经过3步酶促反应产生成ALA，反应过程有tRNA、ATP、NADPH参与[25]。谷氨酸经过谷氨酰-tRNA合成酶[26,27]（GluRS，gltX编码）、谷氨酰-tRNA还原酶[28,29]（GluTR，hemA编码）和谷氨酰-1-半醛-2,1-转氨酶[30,31]（GSA-AM，hemL编码）形成ALA，其中GluTR催化反应为限速步骤[31]。C4途径和C5途径在ALA的后续代谢直至生成血红素的过程相同。2)小电导类机械敏感性离子通道MscS和3-脱氧-阿拉伯庚酮糖-7磷酸合成酶AroG存在于多种生物体细胞壁内的小电导类机械敏感型离子通道（Mechanosensitivechannelofsmallconductance，MscS）超家族，主要功能是渗透调节。在渗透压改变时，通过对膜张力变化的感知来保护细胞免受低渗透压的冲击[32]。最初研究的细菌中MscS类通道现主要分为2类[33]：典型的大肠杆菌MscS（yggB）和K+依赖性MscK
第一章绪论3图1-2ALA的结构式Fig.1-2MolecularstructureofALA在生物体内，ALA过量积累会对细胞产生毒害作用：ALA氧化会产生过量的活性氧，给生物大分子（蛋白质、核酸和脂质等）带来损伤；ALA代谢产物卟啉类物质对细胞也有一定的毒性[21]，所以ALA合成高度严格保守。ALA通常由2种途径合成[22]，分别是C4途径和C5途径，如图1-3所示。C4途径一般存在于哺乳动物、酵母、鸟类和紫色非硫光合细菌中，C5途径则存在于藻类、高等植物和多种细菌中[23]，包括大肠杆菌（Escherichiacoli）。图1-3ALA合成途径Fig.1-3ThesyntheticpathwayofALAC4途径由hemA基因编码的5-氨基乙酰丙酸合成酶（5-aminolevulinicacidsynthase，ALAS）以5"-磷酸吡哆醛（5"-pyridoxalphosphate，PLP）作为辅因子[23,24]，催化前体琥珀酰辅酶A（Succinyl-CoA）、甘氨酸（Glycine）缩合生成ALA。C5途径由谷氨酸出发，经过3步酶促反应产生成ALA，反应过程有tRNA、ATP、NADPH参与[25]。谷氨酸经过谷氨酰-tRNA合成酶[26,27]（GluRS，gltX编码）、谷氨酰-tRNA还原酶[28,29]（GluTR，hemA编码）和谷氨酰-1-半醛-2,1-转氨酶[30,31]（GSA-AM，hemL编码）形成ALA，其中GluTR催化反应为限速步骤[31]。C4途径和C5途径在ALA的后续代谢直至生成血红素的过程相同。2)小电导类机械敏感性离子通道MscS和3-脱氧-阿拉伯庚酮糖-7磷酸合成酶AroG存在于多种生物体细胞壁内的小电导类机械敏感型离子通道（Mechanosensitivechannelofsmallconductance，MscS）超家族，主要功能是渗透调节。在渗透压改变时，通过对膜张力变化的感知来保护细胞免受低渗透压的冲击[32]。最初研究的细菌中MscS类通道现主要分为2类[33]：典型的大肠杆菌MscS（yggB）和K+依赖性MscK
【参考文献】：
期刊论文
[1]共表达谷氨酰-tRNA还原酶增强染料脱色过氧化物酶在大肠杆菌中的表达活性[J]. 顾鹏帅,潘梅,丁亮亮,唐蕾. 食品与发酵工业. 2020(04)
[2]改造大肠杆菌卟啉代谢途径对重组过氧化物酶活性的影响[J]. 黄莘,丁涛,黄非,白林含. 微生物学报. 2018(09)
[3]谷氨酸合成途径基因缺失对大肠杆菌发酵L-色氨酸的影响[J]. 赵春光,魏洪波,徐庆阳,张成林,陈宁. 食品与发酵工业. 2016(09)
[4]肠出血型大肠埃希菌O157:H7 espF基因缺失株和回补株的构建[J]. 华颖,孙琦,王湘雨,杜艳丽,邵娜,张其威,赵卫,万成松. 南方医科大学学报. 2015(11)
[5]与草菇原基形成相关的过氧化物酶基因VvDyP的结构与表达分析[J]. 连玲丹,吴小婷,卢园萍,张磊,谢斌,陈仁良,吴塔菊,李少杰,谢宝贵. 菌物学报. 2015(04)
[6]碱性蛋白酶酶解提取羊血血红素工艺条件优化[J]. 祝霞,李颍,付文力,杜娜,习京,韩舜愈,盛文军,牛黎莉,杨学山. 食品工业科技. 2014(18)
[7]一种新的DyP-type过氧化物酶在大肠杆菌中的重组表达、纯化及鉴定[J]. 汪立群,Alan K.Chang,袁文杰,白凤武. 生物工程学报. 2013(06)
[8]血红素的应用与提取方法[J]. 马志科,昝林森. 动物医学进展. 2010(09)
[9]真菌漆酶的酶活测定方法评价[J]. 林俊芳,刘志明,陈晓阳,郭丽琼,王杰. 生物加工过程. 2009(04)
[10]溶氧对发酵的影响及控制[J]. 张智,滕婷婷,王淼. 科学咨询(决策管理). 2008(11)
博士论文
[1]代谢工程改造大肠杆菌血红素合成途径生产5-氨基乙酰丙酸[D]. 张俊丽.江南大学 2016
[2]利用谷氨酸棒杆菌中血红素合成途径积累5-氨基乙酰丙酸的研究[D]. 于晓丽.山东大学 2016
[3]产5-氨基乙酰丙酸重组菌的优化和发酵过程调控研究[D]. 傅维琦.浙江大学 2009
硕士论文
[1]rhtA与tolC的表达对大肠杆菌血红素合成的影响[D]. 杨燕.江南大学 2019
[2]大肠杆菌血红素合成途径关键酶基因的表达与调控[D]. 陈丹园.江南大学 2018
[3]谷氨酸棒杆菌中L-丝氨酸转运蛋白的研究[D]. 陈紫薇.江南大学 2018
[4]外向转运蛋白对重组大肠杆菌5-氨基乙酰丙酸发酵的影响[D]. 沈观宇.浙江大学 2018
[5]5-氨基乙酰丙酸表达体系的构建及发酵工艺优化[D]. 李慧杰.济南大学 2016
[6]大肠杆菌中5-氨基乙酰丙酸转运蛋白的研究[D]. 张良程.天津科技大学 2016
[7]大肠杆菌产5-氨基乙酰丙酸（ALA）条件优化[D]. 宫恺.山东大学 2015
[8]芥蓝抗坏血酸过氧化物酶在大肠杆菌中的基因表达及酶学性质研究[D]. 黄加保.江南大学 2013
本文编号：3416032
【文章来源】：江南大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：51 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
血红素结构示意图
第一章绪论3图1-2ALA的结构式Fig.1-2MolecularstructureofALA在生物体内，ALA过量积累会对细胞产生毒害作用：ALA氧化会产生过量的活性氧，给生物大分子（蛋白质、核酸和脂质等）带来损伤；ALA代谢产物卟啉类物质对细胞也有一定的毒性[21]，所以ALA合成高度严格保守。ALA通常由2种途径合成[22]，分别是C4途径和C5途径，如图1-3所示。C4途径一般存在于哺乳动物、酵母、鸟类和紫色非硫光合细菌中，C5途径则存在于藻类、高等植物和多种细菌中[23]，包括大肠杆菌（Escherichiacoli）。图1-3ALA合成途径Fig.1-3ThesyntheticpathwayofALAC4途径由hemA基因编码的5-氨基乙酰丙酸合成酶（5-aminolevulinicacidsynthase，ALAS）以5"-磷酸吡哆醛（5"-pyridoxalphosphate，PLP）作为辅因子[23,24]，催化前体琥珀酰辅酶A（Succinyl-CoA）、甘氨酸（Glycine）缩合生成ALA。C5途径由谷氨酸出发，经过3步酶促反应产生成ALA，反应过程有tRNA、ATP、NADPH参与[25]。谷氨酸经过谷氨酰-tRNA合成酶[26,27]（GluRS，gltX编码）、谷氨酰-tRNA还原酶[28,29]（GluTR，hemA编码）和谷氨酰-1-半醛-2,1-转氨酶[30,31]（GSA-AM，hemL编码）形成ALA，其中GluTR催化反应为限速步骤[31]。C4途径和C5途径在ALA的后续代谢直至生成血红素的过程相同。2)小电导类机械敏感性离子通道MscS和3-脱氧-阿拉伯庚酮糖-7磷酸合成酶AroG存在于多种生物体细胞壁内的小电导类机械敏感型离子通道（Mechanosensitivechannelofsmallconductance，MscS）超家族，主要功能是渗透调节。在渗透压改变时，通过对膜张力变化的感知来保护细胞免受低渗透压的冲击[32]。最初研究的细菌中MscS类通道现主要分为2类[33]：典型的大肠杆菌MscS（yggB）和K+依赖性MscK
第一章绪论3图1-2ALA的结构式Fig.1-2MolecularstructureofALA在生物体内，ALA过量积累会对细胞产生毒害作用：ALA氧化会产生过量的活性氧，给生物大分子（蛋白质、核酸和脂质等）带来损伤；ALA代谢产物卟啉类物质对细胞也有一定的毒性[21]，所以ALA合成高度严格保守。ALA通常由2种途径合成[22]，分别是C4途径和C5途径，如图1-3所示。C4途径一般存在于哺乳动物、酵母、鸟类和紫色非硫光合细菌中，C5途径则存在于藻类、高等植物和多种细菌中[23]，包括大肠杆菌（Escherichiacoli）。图1-3ALA合成途径Fig.1-3ThesyntheticpathwayofALAC4途径由hemA基因编码的5-氨基乙酰丙酸合成酶（5-aminolevulinicacidsynthase，ALAS）以5"-磷酸吡哆醛（5"-pyridoxalphosphate，PLP）作为辅因子[23,24]，催化前体琥珀酰辅酶A（Succinyl-CoA）、甘氨酸（Glycine）缩合生成ALA。C5途径由谷氨酸出发，经过3步酶促反应产生成ALA，反应过程有tRNA、ATP、NADPH参与[25]。谷氨酸经过谷氨酰-tRNA合成酶[26,27]（GluRS，gltX编码）、谷氨酰-tRNA还原酶[28,29]（GluTR，hemA编码）和谷氨酰-1-半醛-2,1-转氨酶[30,31]（GSA-AM，hemL编码）形成ALA，其中GluTR催化反应为限速步骤[31]。C4途径和C5途径在ALA的后续代谢直至生成血红素的过程相同。2)小电导类机械敏感性离子通道MscS和3-脱氧-阿拉伯庚酮糖-7磷酸合成酶AroG存在于多种生物体细胞壁内的小电导类机械敏感型离子通道（Mechanosensitivechannelofsmallconductance，MscS）超家族，主要功能是渗透调节。在渗透压改变时，通过对膜张力变化的感知来保护细胞免受低渗透压的冲击[32]。最初研究的细菌中MscS类通道现主要分为2类[33]：典型的大肠杆菌MscS（yggB）和K+依赖性MscK
【参考文献】：
期刊论文
[1]共表达谷氨酰-tRNA还原酶增强染料脱色过氧化物酶在大肠杆菌中的表达活性[J]. 顾鹏帅,潘梅,丁亮亮,唐蕾. 食品与发酵工业. 2020(04)
[2]改造大肠杆菌卟啉代谢途径对重组过氧化物酶活性的影响[J]. 黄莘,丁涛,黄非,白林含. 微生物学报. 2018(09)
[3]谷氨酸合成途径基因缺失对大肠杆菌发酵L-色氨酸的影响[J]. 赵春光,魏洪波,徐庆阳,张成林,陈宁. 食品与发酵工业. 2016(09)
[4]肠出血型大肠埃希菌O157:H7 espF基因缺失株和回补株的构建[J]. 华颖,孙琦,王湘雨,杜艳丽,邵娜,张其威,赵卫,万成松. 南方医科大学学报. 2015(11)
[5]与草菇原基形成相关的过氧化物酶基因VvDyP的结构与表达分析[J]. 连玲丹,吴小婷,卢园萍,张磊,谢斌,陈仁良,吴塔菊,李少杰,谢宝贵. 菌物学报. 2015(04)
[6]碱性蛋白酶酶解提取羊血血红素工艺条件优化[J]. 祝霞,李颍,付文力,杜娜,习京,韩舜愈,盛文军,牛黎莉,杨学山. 食品工业科技. 2014(18)
[7]一种新的DyP-type过氧化物酶在大肠杆菌中的重组表达、纯化及鉴定[J]. 汪立群,Alan K.Chang,袁文杰,白凤武. 生物工程学报. 2013(06)
[8]血红素的应用与提取方法[J]. 马志科,昝林森. 动物医学进展. 2010(09)
[9]真菌漆酶的酶活测定方法评价[J]. 林俊芳,刘志明,陈晓阳,郭丽琼,王杰. 生物加工过程. 2009(04)
[10]溶氧对发酵的影响及控制[J]. 张智,滕婷婷,王淼. 科学咨询(决策管理). 2008(11)
博士论文
[1]代谢工程改造大肠杆菌血红素合成途径生产5-氨基乙酰丙酸[D]. 张俊丽.江南大学 2016
[2]利用谷氨酸棒杆菌中血红素合成途径积累5-氨基乙酰丙酸的研究[D]. 于晓丽.山东大学 2016
[3]产5-氨基乙酰丙酸重组菌的优化和发酵过程调控研究[D]. 傅维琦.浙江大学 2009
硕士论文
[1]rhtA与tolC的表达对大肠杆菌血红素合成的影响[D]. 杨燕.江南大学 2019
[2]大肠杆菌血红素合成途径关键酶基因的表达与调控[D]. 陈丹园.江南大学 2018
[3]谷氨酸棒杆菌中L-丝氨酸转运蛋白的研究[D]. 陈紫薇.江南大学 2018
[4]外向转运蛋白对重组大肠杆菌5-氨基乙酰丙酸发酵的影响[D]. 沈观宇.浙江大学 2018
[5]5-氨基乙酰丙酸表达体系的构建及发酵工艺优化[D]. 李慧杰.济南大学 2016
[6]大肠杆菌中5-氨基乙酰丙酸转运蛋白的研究[D]. 张良程.天津科技大学 2016
[7]大肠杆菌产5-氨基乙酰丙酸（ALA）条件优化[D]. 宫恺.山东大学 2015
[8]芥蓝抗坏血酸过氧化物酶在大肠杆菌中的基因表达及酶学性质研究[D]. 黄加保.江南大学 2013
本文编号：3416032
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/swxlw/3416032.html
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