环磷酸腺苷高产菌落研究生物工程毕业论文定稿.doc
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1、学院2014届本科毕业论文论文题目:环磷酸腺苷高产菌落研究学生姓名:所在院(系):生物工程系所学专业:生物工程专业导师姓名:完成时间:2014年3月15日环磷酸腺苷高产菌落研究(学院生物工程系104班)摘 要微生物发酵法合成环磷酸腺苷(cAMP)高产菌种是关键,本文采用高效液相色谱法测定不同菌落发酵液中环磷酸腺苷的含量筛选出cAMP高产菌落。通过活化不同节杆菌,挑选单菌落,分别编号1至6后移种进行发酵,发酵结束后用高效液相色谱法测定发酵液中cAMP含量,结果6号菌落发酵液中cAMP含量最高为2.8957mg/ml,其次为4号菌落,环磷酸腺苷含量为2.5057 mg/ml。本实验初步筛选出环磷酸
2、腺苷高产菌落为6号菌落;同时也发现在实验中无菌操作是否规范、能否避免染菌是我们实验成败的关键。关键字:环磷酸腺苷,节杆菌,发酵,高效液相THE EFFECT OF:Using high performance liquid Cyclic adenosine phosphate high-yield strains screened( School, Department of Biological Engineering,Class 104)ABSTRACTMicroorganism fermentation was synthesized adenosine monophosphate (c
3、AMP) high yield strain is the key, this paper adopts high performance liquid chromatography (HPLC) method for determining the content of central adenosine phosphate of different colonies fermented liquid screened cAMP high-yield colony. Through activation of different section, select single colony,
4、number 1 to 6 back kind of ferment, respectively after fermentation cAMP content in the fermented liquid by high performance liquid chromatography (HPLC) method, the results 6 colonies cAMP content in the fermented liquid up to 2.8957 mg/ml, followed by colony, 4 cyclic adenosine phosphate content i
5、s 2.5057 mg/ml. This experiment preliminary screening cyclic adenosine phosphate high-yield colony for 6 colonies; Also found in the experiment of sterile operation whether standard, whether to avoid dye bacterium is key of success or failure in our experiment.Key words: Cyclic adenosine monophospha
6、te, Arthrobacterium ,Biological Fermentation,HPLC目 录1引言:11.1环腺苷酸的物理化学性质和生物学功能11.2环磷酸腺苷生产机制22.材料与方法32.1实验材料32.2实验仪器32.3实验方法32.3.1培养基32.3.2移种与接种32.4高效液相检测环磷酸腺苷含量42.4.1色谱测定条件42.4.2样品处理42.4.3标样的配制42.4.4标样的线性关系52.4.5标准曲线绘制53.实验结果与分析53.1实验结果53.1.1摇瓶发酵各参数测定53.1.2高效液相测定发酵液中环磷酸腺苷的含量63.2结果分析及讨论124结论13参考文献14致谢
7、:15环磷酸腺苷高产菌落研究李成喜(新科学院生物工程系104班)1引言:环磷酸腺苷是核苷酸类药物, 在临床上,主要用于治疗心功能不全、心绞痛和心肌梗死, 尤其适用于对洋地黄类强心药中毒或不敏感的患者1。同时cAMP 是机体代谢的重要调节因子,其广泛参与酶活性调节、基因表达以及细胞增殖与分化等,因而备受关注。上个世纪五、六十年代起, 国外就陆续有文献报道环磷酸腺苷的合成。但传统的cAMP以化学合成为主,生产成本高,而且含有致癌致畸的化学残留物,不适于临床应用2。现在也有从大枣中提取,原料质量要求高,处理过程繁杂且cAMP回收率较低。本研究利用节杆菌通过微生物发酵生成cAMP,具有很大发展前景3。
8、环腺苷酸( Cyclic Adenosine Monophosphate,cAMP)是由 E. W. Sutherland 于 1957最早从哺乳动物组织中发现的,并于1958年分离出环腺苷酸。Sutherland也因发现 cAMP 于 1971 年获得生理和医学诺贝尔奖4。之后,人们相继从植物和微生物中发现了环腺苷酸,并证明二者是生物界普遍存在的两种生物活性物质。世界各国的研究人员通过对 cAMP 大量的研究, 结果表明cAMP 在很多领域中起着重要的作用。所以 cAMP的生产和检测是十分重要而且必要的。高效液相色谱法(High Performance Liquid Chromatograp
9、hy ,HPLC)分析cAMP 含量不仅简便快速, 而且选择性好、准确度高。1.1环腺苷酸的物理化学性质和生物学功能环磷腺苷,即: 腺嘌呤核苷 - 3,5- 环磷酸酯, 简称cAMP,是由单核苷酸 AMP 分子中的磷酸与核糖形成 3,5环式结构(见图 1)其分子式为:Cl0H12N5O6P,水合物为类白色或淡黄色结晶,微溶于水,不溶于乙醇或乙醚熔点为219 220 (分解),比旋度为51.3(C = 0.67);它对酸、碱、热都相当稳定,是当前分子生物学研究的热点之一3,4。cAMP 是人体中的一种重要生物活性物质,它在细胞内外快速双向流动,细胞内产生的 cAMP 可透过细胞膜进入体液中,胞外
10、的 cAMP可被细胞摄取。同时环磷酸腺苷酸也是细胞内传递激素和递质的中介因子,并作为第二信使参与多种生理生化过程的调节,在蛋白质的合成过程中, 基因的转录和翻译都受到 cAMP 的影响。环磷酸腺苷也可作为药物中间体制备二丁酰环磷腺苷和环磷腺苷葡甲胺,提高脂溶性,从而发挥更有效的生理及药理作用。环磷酸腺苷还可用于畜禽食品添加剂,在离体条件下模拟生长激素的作用,促进畜禽生长,增加优质禽产品产量。因此,研究工作和医学临床试验均需大量的 cAMP。图1 环腺苷酸结构式1.2环磷酸腺苷生产机制环磷酸腺苷的合成主体上可分为两大类,一是通过化学法合成;二是通过生物体合成。从上个世纪五、六十年代起,一系列的化
11、学方法被用于合成环磷酸腺苷,如:碱性水解法、活性酯类法、DCC 脱水法和三氯氧磷法6等。生物体合成是利用生物细胞的新陈代谢生成环磷酸腺苷。利用微生物合成cAMP,可分为发酵法,酶法。发酵法又分分段合成法和全合成法;酶法又分腺苷酸环化酶法和RNA分解法。本研究主要是利用微生物发酵法中的分段合成法,通过在含有碳源氮源的基本培养基上添加前体物质,通过培养微生物细胞获得大量的环磷酸腺苷。微生物cAMP的生物合成途径7如图 2所 示。图 2 细菌的cAMP生物合成途径与反馈调节()(Acase为腺苷酸环化酶;PDase为磷酸二酯酶)cAMP的积累机制:(1)底物的摄取;(2)cAMP合成酶的开始;(3)
12、生成的cAMP 向细胞外分泌漏出。2.材料与方法2.1实验材料实验室存放活化后的节杆菌斜面。2.2实验仪器超净工作台、恒温培养箱、回转式摇床、离心机、立式灭菌锅、还原糖自动测定仪、高效液相色谱仪、平板式加热器、双筒显微镜、培养皿、pH试纸、试管、移液管、酒精灯、吸耳球、烧杯、量筒、玻璃棒2.3实验方法2.3.1培养基种子培养基 :葡萄糖2%,蛋白陈1%,酵母膏5% ,pH 7.0 7,8; 种子培养基的配制:称取4.0g葡萄糖,2.0g蛋白胨,10.0g酵母膏,溶于200ml蒸馏水中,调ph至7.0后分装于6个250ml的三角瓶中,再用8层纱布和双层报纸包扎瓶口灭菌备用。发酵培养基:葡萄糖5%
13、, KH2PO41%, K2HPO41%, ZnSO47H2O0.01%,蛋白胨1%, 酵母膏0.5%, 次黄嘌呤0.3%7,8,9;发酵培养基的配制:称取30g葡萄糖,6g KH2PO4,6gK2HPO4,0.06g ZnSO47H2O,6g蛋白胨,3g酵母膏,1.8g次黄嘌呤,溶于600ml蒸馏水中,为了加快磷酸盐的溶解可适当加热,完全溶解后调ph至7.5后分装于18个250ml的三角瓶中,每瓶30ml,用8层纱布和双层报纸包扎瓶口,并包6支5ml移液管与发酵培养基一起灭菌备用。2.3.2移种与接种将活化后的斜面种子移种至种子培养基8层纱布包扎三角瓶口28恒温摇瓶震荡培养18小时以上,再接
14、种至发酵培养基,接种量10% (V/V)7, 8层纱布包扎三角瓶口30恒温摇瓶震荡培养72以上小时。移种:超净工作台紫外照射30分钟至1小时,关紫外灯开照明灯,开鼓风机。挑选6个长势较好的不同菌落分别进行移种,每个菌落移种一个发酵瓶.具体操作如下:左手持活化试管,并将三角瓶封口解开,放置酒精灯火焰附近。右手取接种环在火焰上灼烧灭菌、伸入斜面试管内部冷却。用接种环轻轻划取斜面上的菌苔,再伸入三角瓶种子培养液轻轻搅动使菌体溶到培养液中;重复 2到3次。移种完成后将三角瓶瓶口外层的2层报纸弃去,直接用8层纱布包扎,但不要污染瓶口处纱布。从超净工作台中取出种子培养瓶后28恒温摇瓶震荡培养18小时以上,
15、待生长到对数生长后期时移种至发酵培养液中。接种:超净工作台准备如移种方法。在超净工作台中解开封口,每瓶种子液接种3瓶发酵样瓶,分别编号11至13,21至23,31至33,41至43,51至53,61至63 并用记号笔做好标记。用移液管吸取3ml种子液分别接种到已编号的发酵样瓶,同样弃去封瓶口的上层的2层报纸,在不污染瓶口纱布的情况下包扎瓶口后30恒温摇瓶震荡培养72小时以上。2.4高效液相检测环磷酸腺苷含量2.4.1色谱测定条件柱温为室温;柱压:19.11 MPa;流速:1 mL/min;波长:254 nm;进样量:20L;色谱柱:SinoChrom ODS- BP 5 m;柱长:1504.6
16、 mm。4,5流动相为V(甲醇) : V(磷酸溶液) =25:75;磷酸溶液浓度为0.6%。流动相中只包含甲醇和磷酸溶液。将配置好的流动相加热至70度左右,根据需要选择0.45m的滤膜,然后对流动相进行抽滤。抽滤后对流动相进行超声脱气10至20分钟,备用10,11。2.4.2样品处理发酵结束后得到的发酵液用5ml移液管移取3ml于3ml离心管中,每次移取发酵液时要用待移发酵液润洗2至3次。离心管在5000转每分钟下离心15分钟。离心结束后取上层清液,再经0.45m针式虑头过滤后待测。2.4.3标样的配制精密称取cAMP标准品 1000mg,用去离子水溶解并定容至100ml容量瓶中,即得到环腺苷
17、酸标准品溶液,浓度为10mg/ml。精密称量次黄嘌呤标准品54mg,用去离子水溶解定容与100ml容量瓶中,得到次黄嘌呤标准溶液,浓度为0.54mg/ml。3,112.4.4标样的线性关系精密吸取cAMP标准液1ml、2ml、4ml、8ml、16ml、32ml分别定溶于50ml容量瓶中配制成0.2,0.4,0.8,1.6,3.2,6.4mg/ml六份标准液,在上述色谱条件下进样20l4,5,记录色谱峰面积。环磷酸腺苷和次黄嘌呤的高效液相扫描图谱如3.1.2中图4,图5所示。在0.2mg/ml至6.4mg/ml浓度范围内,色谱峰面积与样品中环磷酸腺苷含量线性关系良好,线性关系图如2.4.3中图3
18、所示。2.4.5标准曲线绘制照2.3.1色谱条件,将处理好的样品溶液与标准品溶液放入自动进样器分别进行扫描测定其峰面积。以峰面积为横坐标,浓度(mg/mL)纵坐标,绘制标准曲线,计算回归方程,y = 22948.598x - 1475339.6,R = 0.9979。标准曲线见图3,样品扫描结果见3.1.2。图3 环腺苷酸标准曲线3.实验结果与分析3.1实验结果3.1.1摇瓶发酵各参数测定发酵结束后,按编号排好发酵瓶进行参数测定。第一步:用50ml量筒量取各个发酵瓶中发酵液体积,做好记录。第二步:用玻璃棒蘸去适量发酵液,滴在5.0至9.0量程的ph试纸上30秒内与标准比色卡对比测定ph,做好记
19、录。第三步:用5ml移液管移取3ml发酵液于3ml离心管中5000转每分钟,离心15分钟。用移液管移取发酵液前,先用待移发酵液润洗2到3次。第四步:取上层清液适量按上述色谱测定条件进样做高效液相测定。第五步:取上层清液适量于还原糖自动测定仪中测定发酵液中剩余还原糖的残糖量,做好记录。结果如表1。表1 摇瓶发酵体积、pH、残糖结果编号发酵液体积(ml) Ph 残糖量 11276.72.67812265.501326.56.72.64521276.72.82822296.72.94723286.72.86331277.02.96832246.73.02833275.5041276.72.60042
20、26.56.72.54043286.72.64251296.72.70152296.72.72253276.72.71261296.71.57162286.72.24763256.72.2163.1.2高效液相测定发酵液中环磷酸腺苷的含量环磷酸腺苷标准品高效液相图如图 4 ,次黄嘌呤标准品的高效液相图如图 5 图4 环腺苷酸标准品的高效液相图图5 次黄嘌呤标准品的高效液相图不同菌落发酵液样品高效液相图谱如图6至图23所示。图6 菌落11高效液相图 图7 菌落12高效液相图图8 菌落13高效液相图图9 菌落21高效液相图图10 菌落22高效液相图图11 菌落23高效液相图 图12 菌落31高效液
21、相图图13 菌落32高效液相图 图14 菌落33高效液相图 图15 菌落41高效液相图图16 菌落42高效液相图 图17 菌落43高效液相图图18 菌落51高效液相图图19 菌落52高效液相图图20菌落53高效液相图图21 菌落61高效液相图 图22 菌落62高效液相图图23 菌落63高效液相图由高效液相图分析得到各编号发酵液中环腺苷酸的含量如表2表2 发酵液中cAMP含量编号cAMP含量(mg/ml)112.249120.406132.344211.640221.338231.418310.591320.557330.547412.530422.583432.404511.995521.76
22、5531.980613.018622.729632.940菌落1至6发酵液环磷酸腺苷的平均含量如表3所示表3 环磷酸腺苷平均含量菌落编号环磷酸腺苷平均含量(mg/ml)菌落12.2965菌落21.4653菌落30.574菌落42.5057菌落51.9133菌落62.89573.2结果分析及讨论由3.1.2中不同菌落发酵液样品高效液相图6至图23分别与图4环磷酸腺苷、图5次黄嘌呤的标样图进行对比可以看出, 发酵液中产生的两个吸收峰与标样图的吸收峰几乎在同一位置,说明发酵液中由微生物合成了一定量的环磷酸腺苷,同时也说明了发酵液中有一定量的次黄嘌呤残余。在发酵培养基的配制中添加了0.3%的次黄嘌呤,
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