大肠杆菌重组螺旋藻藻蓝蛋白分泌表达的条件优化文献综述

 2022-07-21 14:50:13

文献综述

  1. 螺旋藻藻蓝蛋白简介及其应用

螺旋藻 (Spirulina)是蓝藻门、藻蓝纲、段殖体目、颤藻科中的一个属，是一种丝状多细胞螺旋形原核藻类生物，具有蛋白含量高、繁殖速度快等特点。被联合国粮农组织推荐为“人类明天最理想的食品”,其中又以藻蓝蛋白 (Phycocyanin, PC)的含量最高 ,可达细胞干重的 25% ～28%[1]，较一般的蓝藻高。藻蓝蛋白(phycocyanin,PC,lambda;max=620nm)是某些藻类特有的藻胆蛋白的一类，是一种捕光色素蛋白，由开链四毗咯化合物和脱辅蛋白通过硫链键结合[2]。藻蓝蛋白可作为天然色素在工业领域得到广泛运用，同时可作为荧光剂、荧光探针等用于生物，化学研究以及医学领域。藻蓝蛋白还具有抗氧化，抗辐射，抗炎症等生理功效，因此在食品和医药上也有广阔的前景。

  1. 藻蓝蛋白的生物合成机理

藻胆蛋白通常由alpha;亚基和beta;亚基构成,在天然条件下,通常以(alpha;beta;)、

(alpha;beta;)3或(alpha;beta;)6等多聚体的形式存在[3]。每个亚基连接1~4个辅基色素，使藻胆蛋白具有特定的吸收光谱。不同藻胆蛋白同种亚基有相当高的同源性[4]。藻蓝蛋白亚基由藻蓝色素和相应的脱辅基蛋白共价偶联而成[5]。藻胆蛋白的生物合成即是脱辅基蛋白在催化酶的作用下与藻胆色素结合。藻胆色素来源于血红素Ⅸ，血红素Ⅸ被氧化而共轭环断裂形成胆绿素 IV，这一过程是由相应的血红素氧化酶催化[6]。胆绿素 IV 被特定的酶部分还原和异构化形成特定的藻胆色素。藻胆色素与多肽链的保守性 Cys 残基形成硫醚键共价连接，连接过程是由相应的裂合酶催化。藻蓝蛋白裂合酶CpcE/F首先由Fairchild小组从 Synechococcussp.PCC7002中发现[7], 研究结果表明 CpcE/F能够在体外催化藻蓝胆素 (PCB)与藻蓝蛋白 alpha;亚基脱辅基蛋白 (CpcA)共价连接,PCB是以硫醚键连接到 Cys-84上 .该结果还指出需 2 个亚基协同作用才能起到催化作用 , 证实CpcE/F是催化 a-CPC生物合成的裂合酶。

  1. 大肠杆菌重组藻蓝蛋白生产工艺

藻蓝蛋白一般可以直接从藻类植物种直接提取，也可以在大肠杆菌重组产生。Tooley 等[8]报道了在大肠杆菌中重组出一条能合成具有荧光特性藻蓝蛋白的完整代谢途径 ,包括 5 个基因 :血红素加氧酶Ⅰ基因(hoxⅠ)、藻蓝素铁氧还蛋白还原酶基因(pcyA)藻蓝蛋白裂合异构酶 E 和 F 编码基因(cpcE,cpcF)和 cpcA。色素蛋白的生物合成过程复杂且不稳定，不仅需要藻蓝蛋白脱辅基蛋白，还需要与血红素氧化酶、色素还原酶以及裂合酶共表达，而仅用藻蓝蛋白脱辅基蛋白则更为简单可靠[9]。本次研究从螺旋藻 Spirulinasubsalsa中克隆藻蓝蛋白beta;亚基CpcBSp的编码基因，并别在大肠杆菌中表达，产生重组蛋白，在此进一步探究对藻蓝蛋白分泌表达条件进行优化。

  1. 藻蓝蛋白的生产优化

通过对单一因素的控制和综合因素的控制，优化大肠杆菌重组藻蓝蛋白分泌表达条件。表达条件包括，表达温度，表达时间，加入的IPTG浓度，PH值等等。对表达条件的研究和优化对于蛋白重组和生产都具有重要的意义。既有利于在较优的条件下，深入细化研究藻胆蛋白生物合成技术，也能够促进稳定获得生产产品，有利于藻蓝蛋白在其他相关领域的运用和研究。

  1. 研究意义

本次研究通过研究大肠杆菌重组藻蓝蛋白beta;亚基分泌表达条件的优化，为有关研究奠定了基础。在获得稳定的产品基础上，可以拓宽对藻蓝蛋白生物合成技术的研究，同时能够有针对性的对藻蓝蛋白亚基进行研究，还可以在此基础上，将同样的思路拓展到其他藻胆蛋白的研究中，创造出新型产品，开拓更宽阔的运用空间。为生物，化学，医疗，食品等众多领域的相关技术产品研究奠定基础。

参考文献

  1. 杜林方.钝顶螺旋藻蛋白提取物的分离纯化及特性研究[J].四川大学学报(自科版),1994,31(4):576～578.
  2. 易国良,蒋丽金.藻胆蛋白生物合成的模型反应[J].化学学报.1991．(49)：94～97．
  3. PATIL G，CHETHANAS，SRIDEVIA S，et al．Method to obtain C-phycocyanin of high purity［J］．Journal of Chromatography A，2006，1127(1):76-81．
  4. Ebelein M, Kufer W. Genes encoding both subunits of phycoerythrocyanin, a

lightharvesting biliprotein from the cyanobacterium Mastigocladus laminosus. Gene,

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