γ聚谷氨酸的研究进展

γ-聚谷氨酸的研究进展作者：陈守文，徐虹，陈雄，徐建，喻子牛作者单位：陈守文,陈雄,徐建,喻子牛(农业微生物学国家重点实验室,华中农业大学,武汉,430070)，徐虹(制药与生命科学技术学院,南京工业大学,南京,210009)相似文献(10条)1.学位论文任尚美γ-聚谷氨酸的发酵生产及其动力学研究2009γ-聚谷氨酸（γ-PGA）是一种水溶性的、可生物降解、可食用且对人和环境无毒的生物高分子物质，可由微生物聚合得到。这些特性使得γ-聚谷氨酸及其衍生物在食品、化妆品、医药、农业和水处理等领域有广阔的应用前景。为提高微生物发酵生产γ-聚谷氨酸的产量，本研究采用BacillussubtilisNOBEL-007发酵制备γ-聚谷氨酸，并通过单因子试验及正交试验分析，得到枯草芽孢杆菌发酵生产γ-聚谷氨酸的最佳营养条件和培养条件。结果表明最佳营养条件为：葡萄糖40g/L，酵母膏5g/L，谷氨酸钠30g/L，NH4Cl3g/L，K2HPO42g/L，MgSO40.25g/L；最佳培养条件为：培养温度37℃，摇床转速200r/min，装液量40mL（250mL三角瓶），接种量为2％，培养48h，pH值7.0，此时γ-聚谷氨酸的产量最高，达到20.15g/L。为了确定BacillussubtilisNOBEL-007发酵产品的结构组成，采用纸层析、FT-IR和NMR等多种测试手段对BacillussubtilisNOBEL-007代谢产物γ-PGA结构进行了初步表征分析。纯化样品经水解后，纸层析谱图出现一个峰，与谷氨酸相同，说明其仅由谷氨酸聚合而成，红外光谱图的特征吸收峰与标准品一致，表明两者具有相同的化学结构，初步确定试验精制产品为γ-PGA。γ-PGA的核磁共振谱图进一步说明γ-PGA由谷氨酸组成。为深入了解分批发酵过程中BacillussubtilisNOBEL-007的生长特性和提高γ-PGA的生产水平，在5L发酵罐上研究了pH、温度、搅拌转速、通气量等对菌体生长和γ-PGA产量的影响，研究表明最适条件为：pH7.0，温度37℃，搅拌转速和通气量分别是200r/min和1.0vvm。在优化后的培养条件下，γ-PGA的产量达到22.16g/L。根据分批发酵的实验数据，对BacillussubtilisNOBEL-007合成γ-聚谷氨酸的发酵动力学特性进行了研究，通过Logistic方程，提出了发酵过程中菌体生长、γ-聚谷氨酸合成、基质消耗的动力学模型。应用MATLAB数值应用软件对实验数据进行处理，得到了BacillussubtilisNOBEL-007分批发酵合成γ-聚谷氨酸的动力学模型参数。模型可表述为：菌体生长动力学模型：dX/dt=0.1918（1-X/3.3774）Xγ-PGA生成动力学模型：dP/dt=5.6467dX/dt+0.2703X葡萄糖消耗动力学模型：-dS/dt=2.1224dX/dt+0.1329dP/dt对实验数据与模型进行比较，结果表明模型与实验数据能较好地拟合，相对误差较小，能很好地反映BacillussubtilisNOBEL-007生产γ-PGA的分批发酵过程的动力学特征，为实验数据的模拟放大，以及从分批发酵过度到补料发酵乃至连续发酵提供了理论基础。研究了BacillussubtilisNOBEL-007制备的生物絮凝剂γ-聚谷氨酸（γ-PGA）的絮凝活性。γ-PGA对高岭土、活性炭等悬浮液均有较高的絮凝活性，絮凝活性稳定，热稳定性好，当温度高于70℃时絮凝活性开始下降。采用10mg/L的γ-PGA溶液对活性炭的絮凝活性可达到90％以上，Mg2+、Ca2+、Na+、Fe3+等金属离子能不同程度增强γ-PGA的絮凝活性，其中Ca2+的助凝效果最佳，而Al3+、Fe2+则起削减作用。使用Ca2+作助凝离子可降低γ-PGA的用量，但Ca2+浓度过高会明显降低γ-PGA的絮凝活性。Ca2+浓度为10mM及介质溶液维持pH中性都有利于提高γ-PGA的絮凝活性。另外，还研究了γ-PGA的絮凝活性分布，实验证明絮凝活性主要分布于发酵原液及上清液中，而菌体细胞的絮凝活性一直很低。通过发酵过程中γ-PGA含量与培养液絮凝活性的关系中可得出，γ-PGA是产生絮凝现象的关键所在。2.学位论文何成良γ-聚谷氨酸-铬复合物的制备与在糖尿病治疗中的应用2008背景：糖尿病是由多种病因引起的以慢性高血糖为主要特征的代谢紊乱性疾病，其中高血糖是由于胰岛素分泌或作用缺陷或者两者同时存在而引起。而研究发现铬与糖代谢紧密相关，通过与烟酸结合形成葡萄糖耐量因子(GTF)或与氨基酸形成其他有机铬化合物协同胰岛素发挥其生理功能。铬还可作用于葡萄糖代谢中的磷酸变位酶和琥珀酸脱氢酶，增加糖的利用；促进葡萄糖转运体(GLUT)-4mRNA的表达，增加葡萄糖转运。但由于它是无机化合物，脂溶性小、生物利用度低、活性不高、所需剂量大，并常伴有胃肠道不适、恶心、呕吐、腹泻等副作用，因此研究有机铬复合物及其在糖尿病中的应用就显的十分必要。目的：应用微生物发酵方法制备γ-聚谷氨酸(γ-PGA)，制备的γ-PGA作为药物载体，合成新型有机铬复合物-γ-PGA-Cr，对其进行结构表征。并就γ-PGA-Cr复合物对实验性糖尿病模型鼠的降血糖和抗氧化作用进行研究，及初步探讨铬的作用机制。方法：利用枯草芽孢杆菌发酵方法制备γ-PGA，通过有机溶剂沉淀提取，透析去除杂质得到纯品。酸性条件下高压降解成小分子γ-PGA。将γ-PGA溶解于水溶液中，在pH=7.0的中性条件下，加入三氯化铬溶液，反应12h，生成γ-PGA-Cr复合物，透析过滤掉杂质。用红外光谱、全波长和电感偶合等离子体发射光谱对γ-PGA-Cr复合物进行表征；利用四氧嘧啶复制糖尿病小鼠模型，成模小鼠随机分成三组：生理盐水对照组、无机CrCl3组和γ-PGA-Cr复合物组，其中无机CrCl3组和γ-PGA-Cr复合物组分别口服CrCl3和γ-PGA-Cr复合物，生理盐水对照组口服相应体积的生理盐水，实验周期四周。尾静脉取血测定血糖变化，利用全自动生化分析仪和谷胱甘肽-过氧化物酶(GSH-PX)测试盒、丙二醛(MDA)测试盒分别检测肝组织SOD、GSH-PX活力及总抗氧化能力T-AOC和MDA水平；Goto-Kakizaki糖尿病鼠(GK鼠)随机分成二组：生理盐水组、γ-PGA-Cr复合物组，分别口服生理盐水和γ-PGA-Cr复合物，实验四周；尾静脉取血测定血糖变化，胰岛素放免试剂盒检测实验前后GK鼠胰岛素含量；葡萄糖测定试剂盒检测γ-PGA-Cr复合物对3T3-L1前脂肪细胞葡萄糖转运能力的影响。结果：微生物发酵得到γ-PGA，产物得率可达21g/L。将发酵所得大分子γ-PGA经过酸热水解降解获得白色小分子γ-PGA，分子量介于20kD-60kD。将获得的γ-PGA与CrCl3溶液混合，反应片刻即可见绿色的CrCl3溶液变成灰色，颜色明显改变，说明物质光吸收波长发生变化；将γ-PGA-Cr复合物经全波长扫描分析，结果显示发生明显的红移现象；而且红外光谱分析结果也显示复合物在668cm-1处有-Cr-O特征峰，可证明复合物确实形成了新的化学键，由此结构鉴定结果表明获得了新的复合物。动物实验中，γ-PGA-Cr复合物对四氧嘧啶复制糖尿病动物模型的治疗中，给药组在起始10天时间里血糖对比未给药对照组有显著的降低(P0.05)；在γ-PGA-Cr复合物对GK鼠治疗实验中，γ-PGA-Cr复合物组对比对照组显著的降低了GK鼠的血糖(P0.05)并在给药时间内能维持血糖水平，且糖耐量得到明显改善，再停止给药一周后治疗组血糖水平恢复到对照组，结果说明铬降低血糖能力受到模型动物胰岛β细胞的损伤程度的影响，损伤程度越大γ-PGA-Cr复合物降低血糖的能力越小，γ-PGA-Cr复合物对胰岛β细胞未完全受损的糖尿病模型能起到明显的降低血糖作用，并能有效改善机体的糖耐量；检测小鼠肝组织SOD、GSH-PX活力及总抗氧化能力T-AOC水平实验中γ-PGA-Cr复合物组明显高于实验对照组(P0.05或P0.01)且低于正常组，MDA水平则明显降低。3T3-L1前脂肪细胞实验结果表明γ-PGA-Cr复合物对细胞葡萄糖转运能力有显著提高，且其相对吡啶羧酸铬对机体的损伤更小。结果说明γ-PGA-Cr复合物具有良好的抗氧化能力，能有效的改善机体功能。结论：本课题利用γ-PGA对CrCl3进行修饰改造，获得了新型有机铬复合物，该复合物对糖尿病模型鼠具有显著的降低血糖、增强其抗氧化能力的作用。这为开发新的糖尿病药物作出了阶段性的摸索工作，为后续研究打下了良好的基础。3.期刊论文孙玉华.王学钧.柳永平.郭大磊.WuZirong.SunYuhua.WangXuejun.LuYongping.GuoDalei.WuZirong一种新型生物高分子材料的研究与探索-前沿科学2009,3(1)本文系统地介绍了新型生物可降解高分子材料--γ-聚谷氨酸的性质及其研究进展.同时针对国内γ-聚谷氨酸生产成本高及发酵中试放大难的问题,介绍了本研究所如何实现微生物发酵工业化生产γ-聚谷氨酸.在最优发酵条件下,分析了200L规模下γ-聚谷氨酸的发酵过程.4.学位论文叶海峰γ-聚谷氨酸-顺铂复合物的制备及其抗肿瘤活性研究2007本文对γ-聚谷氨酸-顺铂复合物的制备及其抗肿瘤活性进行了研究。结果表明：由微生物发酵而来的PGA可以有效地被用作抗肿瘤药物CDDP的药物载体，能够改善药物的缺点并赋予药物新的特点。本研究还表明，不但PGA-CDDP比游离CDDP毒性低，而且能有效抑制肿瘤生长、延长荷瘤裸鼠存活时间，有望将PGA-CDDP开发成为一种新的抗癌药物。5.学位论文陈国广聚谷氨酸及其衍生物的制备以及在药剂学中的初步应用2003γ-聚谷氨酸(Gamma-Polyglutamicacid,γ-PGA)是生物可降解的高分子材料,在药物剂型设计中有十分广泛的应用前景.它是经微生物聚合而成的大分子多肽,由上千个谷氨酸单体组成,分子量200KD~1000KDa,不同的菌种产生γ-PGA的分子量不同.它在人体内能生物降解成内源性物质谷氨酸,不易产生蓄积和毒副作用.γ-PGA通过γ-酰胺键连接而成,在侧链上存在大量的羧基,是具有良好的吸水性,易于修饰的药用辅料,为药物传输系统的设计提供崭新的空间.该文围绕γ-PGA进行了一系列的基础研究,开辟了药用辅料研究的新领域,并得到国家863基金(2002AA0327030)的资助.主要研究包括1)通过微生物发酵制备γ-PGA,并对其进行纯化和结构确证;2)药用γ-PGA的制备、结构确认和生物相容性研究;3)聚谷氨酸乙酯的合成、纯化、结构确证以及生物相容性研究;4)依西美坦的合成以及缓释聚谷氨酸乙酯微球的制备和体外释放和体内释药研究.综上所述,该文所进行的药物载体γ-PGA的制备研究,菌种稳定,方法简便,工艺成熟,产率高,工业化生产可行;药用聚谷氨酸和聚谷氨酸乙酯具有良好的生物相容性和生物可降解性;微球的体内外研究表明具有良好的缓释效果;充分显示了新型药物辅料γ-PGA的诱人前景.6.期刊论文李晶博.李丁.邓毛程.梁世中.LIJingbo.LIDing.DENGMaocheng.LIANGShizhongγ-聚谷氨酸的特性、生产及应用-化工进展2008,27(11)γ-聚谷氨酸是-种谷氨酸同聚物,可由微生物发酵得到.γ-聚谷氨酸具有水溶性、可生物降解性和可食用性且对人和环境无毒的诸多优点,这使得γ-聚谷氨酸及其衍生物在食品、化妆品、医药和农业等领域具有广阔的应用前景.本文综述了γ-聚谷氨酸的化学结构、性质、生产方法及其用途.7.期刊论文张艳丽.高华.刘小红微生物合成的聚谷氨酸及其应用-生物技术通报2008(4)γ-聚谷氨酸是一种全天然的、可食用的、具有多功能性的阴离子聚合物,可由微生物发酵合成.随着材料科学、聚合物化学和生物医学的不断发展和紧密融合,生物可降解高分子材料的研究得到长足发展,γ-聚谷氨酸的开发研究则日益深入.但国内研究仍处