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乳制品中富含易吸收的优质蛋白质和钙、磷、钾等矿物质,是人类饮食中提供丰富营养的重要食品,其营养价值早已得到了世人的公认。然而由于部分人体内缺乏乳糖酶导致的乳糖不耐受现象,影响了他们对乳制品的正常摄入,这在很大程度上制约了乳制品在人们日常生活中的普及和人体对乳制品营养成分的消化吸收。为了解决这个难题,人们经过研究发现,药物治疗乳糖不耐受费用高且存在许多副作用,膳食调节就成为当前解决乳糖不耐受(吸收不良)问题的关键。目前主要采用微生物法制取乳糖酶,定向加入乳制品来预防和治疗乳糖不耐症是当今世界上最主要的解决方法。针对这个问题,本文开展了以下工作:
1、乳糖酶基因的克隆及序列分析。
依据GenBank中公布的保加利亚乳杆菌的乳糖酶基因序列,利用引物设计软件进行引物的设计。成功地从保加利亚乳杆菌中扩增出全长乳糖酶基因片段,连接到pGM-T载体中,获得重组质粒pGM-T/LacZ,进行测序鉴定。利用生物软件DNAssist Version2.0对乳糖酶基因进行物化性质分析,推测出其肽链具有1008个氨基酸,该蛋白分子量为114KDa,等电点为4.9。利用在线分析软件SOPMA对其进行二级结构分析,发现该蛋白氨基酸序列中有205个氨基酸组成α-螺旋,占氨基酸总数的20.34%; 64个氨基酸组成β-折叠,占总数的6.35%; 489个氨基酸随意缠绕,占总数的48.51%; 250个氨基酸组成扩展链,占总数的24.8%。最后利用在线分析软件Blast与GenBank数据库中含有乳糖酶基因的氨基酸序列进行同源性分析。结果发现与乳糖分解酵素的同源性高达到99%,而其他却较低,分别是链球菌49%:乳酸菌46%;酪酸梭状芽胞杆菌45%;产气荚膜梭菌45%;长双歧杆菌45%。
2、乳糖酶的表达。
重组质粒pGM-T/LacZ经测序正确后,进行酶切,所得目的片段克隆到表达载体pGEX-6P-1的启动子下游,构建了重组原核表达质粒pGEX-6p-1/LacZ。测序无误后转化E.coli BL21(DE3),经IPTG诱导获得重组蛋白的高效表达,经SDS-PAGE分析,表达产物的分子量约为140kD。同时设计不同诱导时间组及不同诱导剂IPTG浓度组进行表达条件的筛选及优化:
(1)以终浓度为0.5mmol/L的IPTG分别对含重组质粒pGEX-6p-1/LacZ的BL21菌诱导1、2、3、4、5、6h。经SDS-PAGE分析,融合蛋白在0.5mmol/L IPTG诱导3h时,表达量最高,利用分析软件bandscan5.0对其凝胶灰度扫描显示其表达量占菌体总蛋白质量为41.9%。
(2)终浓度为0.2、0.4、0.6、0.8、1.0mmol/L的IPTG同时对含重组质粒pGEX-6p-1/LacZ的BL21菌诱导3h。经SDS-PAGE分析,融合蛋白在诱导剂终浓度为0.6mmol/L时表达量最高,利用分析软件bandscan5.0对其凝胶灰度扫描显示其表达量占菌体总蛋白质量为40%。