新型耐热腈水合酶的异源表达及其催化工艺研究

摘要

腈水合酶(nitrile hydratase,NHase,EC 4.2.1.84)是一种金属酶,能将腈类物质催化水合生成酰胺类物质,在工业上主要应用于烟酰胺和丙烯酰胺的生产.腈水合酶在应用过程中,普遍存在热稳定性较差的缺陷,而腈类的水合催化属于放热反应,在工业催化过程中,过高的反应温度使得腈水合酶的催化效率、重复利用率均较低,故寻找一种耐热型腈水合酶对工业应用以及理论研究具有重要意义.该研究以提高腈水合酶热稳定性为出发点,从美国国立生物技术信息中心通过BLAST筛选到一种新型耐热腈水合酶,该腈水合酶来源为温泉热碱芽孢杆菌(Caldalkalibacillus thermarum TA2.A1),该菌株最适生长温度为65～70℃.将来源于Cal.thermarum TA2.A1的腈水合酶基因序列进行密码子优化,基因合成后在大肠杆菌BL21(DE3)宿主中异源表达,通过在该腈水合酶 β 亚基的C端添加strep标签成功纯化该酶,测定其在65℃的半衰期为3 h,在30℃下催化烟腈的比酶活为395 U/mg,其全细胞催化反应速率比已报道数据将近快1倍,烟酰胺的最终产量提高了25％,更有利于工业应用.