Characterization of Recombinant β-Glucosidase from Arthrobacter chlorophenolicus and Biotransformation of Ginsenosides Rb1, Rb2, Rc, and Rd
- 作者
- Myung Keun Park,Chang-Hao Cui,Sung Chul Park,Seul-Ki Park,Jin-Kwang Kim,Mi-Sun Jung,Suk-Chae Jung,Sun-Chang Kim,Wan-Taek Im
- 单位
- Department of Biological Sciences, Korea Advanced Institute of Science and Technology, Daejeon 305-701, Republic of Korea; Intelligent Synthetic Biology Center, Daejeon 305-701, Republic of Korea; KAIST Institute for Biocntury, Korea Advanced Institute of Science and Technology, Daejeon 305-701, Republic of Korea; Youngdong University, 310, Chungbuk 370-701, Republic of Korea; Department of Biotechnology, Hankyoung National Univeristy, Kyonggi-do 456-749, Republic of Korea
- 杂志
- Journal of Microbiology（2014）
- DOI
- 10.1007/s12275-014-3601-7
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
高效生物转化主要人参皂苷（Rb1、Rb2、Rc、Rd）为稀有人参皂苷F2，并表征相关β-葡萄糖苷酶。
研究策略
从Arthrobacter chlorophenolicus中克隆β-葡萄糖苷酶基因bglAch，在大肠杆菌BL21(DE3)中异源表达并纯化，通过酶学表征和底物特异性分析，结合TLC和HPLC研究其对四种人参皂苷的生物转化途径。
核心内容
该研究从氯酚节杆菌中克隆了编码GH1家族β-葡萄糖苷酶的基因bglAch，并在大肠杆菌BL21(DE3)中异源表达和纯化了重组酶BglAch。酶学表征显示，BglAch理论分子量为45.8 kDa，最适pH为6.0，最适温度为37°C；10 mM的KCl和CaCl2可分别将酶活提高至142.2%和157.8%，而Cu²⁺和Hg²⁺则强烈抑制活性。以pNPGlc为底物时，其Km为3.19 mM，Vmax为20.1 μmol/min/mg。生物转化实验表明，该酶能按独特的顺序先后水解C20位和C3位的糖基，将主要人参皂苷Rb1、Rb2、Rc和Rd转化为稀有人参皂苷F2，且不产生化合物K。具体而言，Rb1在2小时内完全转化为Rd，Rb2在12小时内完全转化，但Rd不能完全转化为F2。该酶转化路径与已知酶不同，为高效制备稀有人参皂苷F2提供了新的酶学工具，具有制药和化妆品工业应用潜力。
创新点
首次克隆并表征了来自Arthrobacter chlorophenolicus的GH1家族β-葡萄糖苷酶BglAch；该酶以独特的顺序水解C20位和C3位的糖基，将Rb1、Rb2、Rc和Rd转化为F2；其转化路径与已知酶不同，且不产生化合物K。
研究对象（2）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Arthrobacter chlorophenolicus KACC 20538T | 人参皂苷生物转化 | bglAch | BglAch | 催化 | β-葡萄糖苷酶基因的来源菌株 |
| Escherichia coli BL21(DE3) | 人参皂苷生物转化 | bglAch | BglAch | 催化 | 异源表达宿主，用于生产重组酶 |
关键发现
- BglAch基因长1260bp，编码419个氨基酸，理论分子量45.8kDa，SDS-PAGE表观分子量43.7kDa
- 最适pH为6.0，最适温度为37°C
- 10mM KCl和CaCl2分别使活性提高至142.2%和157.8%，Cu2+和Hg2+强烈抑制活性
- 对ONP-β-D-吡喃岩藻糖苷活性最高（设为100%），PNP-β-D-吡喃岩藻糖苷为81.2%，ONP-β-D-吡喃葡萄糖苷为55.2%
- 以pNPGlc为底物时Km=3.19±0.4mM，Vmax=20.1±0.84 μmol/min/mg
- 生物转化实验表明，Rb1在2小时内完全转化为Rd，Rb2在12小时内完全转化为Rd，Rc通过C-Mc1缓慢转化为F2，但Rd不能完全转化为F2。
研究结论
重组BglAch能高效转化主要人参皂苷生成稀有人参皂苷F2，具有在制药和化妆品工业应用的潜力。