乙酰辅酶A合成酶家族中保守的色氨酸残基的生化功能（英文）北大核心CSCD

甲烷菌与甲烷八叠球菌是仅有的两种已知利用乙酸盐进行甲烷生成的菌属。稻田以及厌氧的废物分解物是甲烷生物生成的主要来源。甲烷菌在自然界广泛分布,相比甲烷八叠球菌,在低乙酸盐的环境中对乙酸盐仍有高亲和力。在甲烷生成第一步即将乙酸盐转化为乙酰辅酶A的过程中,与甲烷八叠球菌利用乙酸激酶与磷酸转乙酰酶激活途径不同,甲烷菌通过腺嘌呤形成乙酰辅酶A合成酶进行催化。在甲烷菌一属(Methanosaeta concilii)中,共发现5个乙酰辅酶A合成酶的编码基因,其中3种乙酰辅酶A合成酶的生化及酶活特性已被确定。该3种乙酰辅酶A合成酶均以乙酸盐为其最优底物。尽管在短链乙酰辅酶A合成酶家族中,发现酰基底物结合位点高度保守,但乙酰辅酶A合成酶家族的酰基底物范围极为广泛。本研究对甲烷菌中不同种乙酰辅酶A合成酶的酰基底物结合位点的关键氨基酸进行识别与比较,从而对乙酰辅酶A合成酶家族的酶活特性有更全面深入的了解。首先,我们对甲烷菌一属中乙酰辅酶A合成酶4进行生化性质测定。结果表明,该酶无催化一系列酰基底物为酰基辅酶A或其中间产物酰基腺苷酸的活性。通过序列对比发现,嗜热自养甲烷杆菌的乙酰辅酶A合成酶1中高度保守的416位色氨酸残基在甲烷菌一属的乙酰辅酶A合成酶4中被替换成528位苯丙氨酸残基。将甲烷菌一属的乙酰辅酶A合成酶4中的528位苯丙氨酸残基点突变为色氨酸残基后,进行酶学性质测定,未检测到该突变体具有乙酰辅酶A/乙酰腺苷酸合成活性。我们进一步对嗜热自养甲烷杆菌的乙酰辅酶A合成酶1中的416位色氨酸残基点突变为苯丙氨酸残基,酶活性质结果显示,突变酶对于乙酸盐以及丙酸盐作为底物时的活性未有明显差异。然而,以丙酸盐为底物时,释放丙酰腺苷酸中间产物。该结果表明,热自养甲烷杆菌的乙酰辅酶A合成酶1对于底物乙酸盐或丙酸盐的催化作用不甚相同,苯丙氨酸中的苯甲酰环降低该酶保留中间产物丙酰腺苷酸,从而转化为丙酰辅酶A的能力。     

乙酰辅酶A合成酶家族中保守的色氨酸残基的生化功能（英文）

甲烷菌与甲烷八叠球菌是仅有的两种已知利用乙酸盐进行甲烷生成的菌属。稻田以及厌氧的废物分解物是甲烷生物生成的主要来源。甲烷菌在自然界广泛分布,相比甲烷八叠球菌,在低乙酸盐的环境中对乙酸盐仍有高亲和力。在甲烷生成第一步即将乙酸盐转化为乙酰辅酶A的过程中,与甲烷八叠球菌利用乙酸激酶与磷酸转乙酰酶激活途径不同,甲烷菌通过腺嘌呤形成乙酰辅酶A合成酶进行催化。在甲烷菌一属(Methanosaeta concilii)中,共发现5个乙酰辅酶A合成酶的编码基因,其中3种乙酰辅酶A合成酶的生化及酶活特性已被确定。该3种乙酰辅酶A合成酶均以乙酸盐为其最优底物。尽管在短链乙酰辅酶A合成酶家族中,发现酰基底物结合位点高度保守,但乙酰辅酶A合成酶家族的酰基底物范围极为广泛。本研究对甲烷菌中不同种乙酰辅酶A合成酶的酰基底物结合位点的关键氨基酸进行识别与比较,从而对乙酰辅酶A合成酶家族的酶活特性有更全面深入的了解。首先,我们对甲烷菌一属中乙酰辅酶A合成酶4进行生化性质测定。结果表明,该酶无催化一系列酰基底物为酰基辅酶A或其中间产物酰基腺苷酸的活性。通过序列对比发现,嗜热自养甲烷杆菌的乙酰辅酶A合成酶1中高度保守的416位色氨酸残基在甲烷菌一属的乙酰辅酶A合成酶4中被替换成528位苯丙氨酸残基。将甲烷菌一属的乙酰辅酶A合成酶4中的528位苯丙氨酸残基点突变为色氨酸残基后,进行酶学性质测定,未检测到该突变体具有乙酰辅酶A/乙酰腺苷酸合成活性。我们进一步对嗜热自养甲烷杆菌的乙酰辅酶A合成酶1中的416位色氨酸残基点突变为苯丙氨酸残基,酶活性质结果显示,突变酶对于乙酸盐以及丙酸盐作为底物时的活性未有明显差异。然而,以丙酸盐为底物时,释放丙酰腺苷酸中间产物。该结果表明,热自养甲烷杆菌的乙酰辅酶A合成酶1对于底物乙酸盐或丙酸盐的催化作用不甚相同,苯丙氨酸中的苯甲酰环降低该酶保留中间产物丙酰腺苷酸,从而转化为丙酰辅酶A的能力。     

基于前体供给途径遗传改造提高褐黄孢链霉菌纳他霉素的产量

纳他霉素(natamycin)是一种高效、广谱、安全的抗真菌剂,广泛应用于食品防腐与医药领域。纳他霉素可由多种链霉菌发酵产生。它是以乙酰辅酶A、丙二酰辅酶A及甲基丙二酰辅酶A为前体经Ⅰ型聚酮合酶(polyketide synthase,PKS)催化合成的多烯大环内酯类化合物。本研究以纳他霉素产生菌——褐黄孢链霉菌为研究材料,分别对不同前体分子供给途径中的关键酶进行过表达,并确定影响纳他霉素产量的关键前体供给途径。研究结果发现：通过过表达乙酰辅酶A合成酶(acetyl-CoA synthase,ACS)加强乙酰辅酶A合成途径,以及通过过表达甲基丙二酰辅酶A变位酶(methylmalonyl-CoA mutase,MCM)加强甲基丙二酰辅酶A合成途径,重组菌株纳他霉素产量分别比野生型菌株提高了44.19%和20.51%。共过表达ACS和MCM,重组菌株纳他霉素产量获得进一步提升(达1123.34mg/L),比野生型菌株提高了66.29%。上述发现为通过前体代谢工程的策略构建纳他霉素工业高产菌株提供了参考,也为其他聚酮类天然产物高产工程菌株的构建提供了借鉴。     

羟基肉桂酰基转移酶的结构、功能与应用

羟基肉桂酰基转移酶（hydroxycinnamoyl transferase,HCT）属于植物酰基转移酶家族的一个重要分支,具有“HXXXD”和“DFGWG”两个保守序列,以多种酰基辅酶A（肉桂酰辅酶A、对香豆酰辅酶A、咖啡酰辅酶A、阿魏酰辅酶A和芥子酰辅酶A等）作为酰基供体,催化多种底物（莽草酸、奎尼酸、4 羟基苯乳酸、龙胆酸和4 羟基苯乙胺等）形成酯类或酰胺化合物。其酰基化产物可改善植物次生代谢产物的理化性质和生物活性,因此HCT被广泛应用于开发生物质能源、改良作物品种和研制抗炎药物,对植物次生代谢产物的合成与后修饰具有重要意义。本文系统介绍了HCT的序列特点、蛋白质结构特征、酰基化反应机制和其在工业、农业及医药行业的应用,并对HCT的未来发展前景进行了展望。     

《神经科学期刊》：研究者发现智力发育迟滞新机制

酯酰辅酶A合成酶长链家族成员4（ACSL4）是脂代谢中一个重要的酶,它催化长链脂肪酸和辅酶A反应生成酯酰辅酶A。这个步骤使长链脂肪酸活化而进入脂类合成和能量代谢。因此,     

鸭肝脂肪酸合成酶的NADPH底物抑制及作用动力学

己知动物脂肪酸合成酶的底物乙酰辅酶Ａ和丙二酰辅酶Ａ具有竞争性双底物抑制的乒乓机制。实验发现鸭肝脂肪酸合成酶的第三个底物ＮＡＤＰＨ也具有底物抑制,并研究了它的规律及与ＮＡＤＰＨ有关的稳态动力学。发现对于该酶的全反应,增加丙二酰辅酶Ａ浓度,降低环境盐浓度,均使ＮＡＤＰＨ底物抑制减少。但以ＮＡＤＰＨ作底物的酮酰还原和烯酰还原二步单独反应以及包含四步单独反应的乙酰乙酰辅酶Ａ还原反应都无ＮＡＤＰＨ底物抑制现象。ＮＡＤＰＨ底物抑制对丙二酰辅酶Ａ为竞争性,丙二酰辅酶Ａ底物抑制对ＮＡＤＰＨ为非竞争性。在全反应中ＮＡＤＰＨ和丙二酰辅酶Ａ之间发现为乒乓机制,在乙酰乙酰辅酶Ａ还原反应中,两个底物ＮＡＤＰＨ和乙酰乙酰辅酶Ａ之间则表现为序列反应机制。降低环境盐浓度使ＮＡＤＰＨ和丙二酰辅酶Ａ之间的乒乓机制向序列机制转化。在全反应中,ＮＡＤＰ产物抑制相对ＮＡＤＰ为竞争性,对丙二酰辅酶Ａ为非竞争性。     

垩唑霉素生物合成的反式酰基转移酶具有底物宽泛性

垩唑霉素生物合成中的聚酮合酶(PKS)均缺少酰基转移酶(AT)功能域,在聚酮合酶外含有两个独立的反式AT OzmM和OzmC。对反式AT的敲除及回补实验证明两个反式AT是垩唑霉素合成所必需的。AT的功能是将延伸单元丙二酰辅酶A或者甲基丙二酰辅酶A传递到酰基载体蛋白(ACP)。为了研究OzmM和OzmC在垩唑霉素生物合成中的功能,本研究以OzmM蛋白和PKS蛋白OzmK为研究对象,研究了反式AT是否和PKS蛋白存在相互作用及反式AT将延伸单元传递给ACP后是否仍和PKS蛋白存在相互作用。为确定OzmM的功能,本研究在大肠杆菌BL21(DE3)中表达了OzmM蛋白并对其纯化进行体外实验,并且利用亲和共纯化和生物膜干涉技术验证了OzmM和OzmK之间的相互作用。本研究推测当OzmM将底物传递给ACP后会离开PKS蛋白,不参与延伸单元与聚酮主链的缩合反应,并且反式AT (OzmM)与PKS (OzmK)之间的弱相互作用是反式AT在ACP与PKS之间快速传递延伸单元的功能所必须的。另一个反式AT OzmC的功能为传递甲氧丙二酰ACP到OzmJ-ACP,本研究利用丙二酰辅酶A、甲基丙二酰辅酶A对其底物宽泛性进行研究,发现OzmC可以将丙二酰辅酶A传递给OzmQ-ACP,但不可以传递甲基丙二酰辅酶A。     

乙酰辅酶A羧化酶在治疗肥胖中的潜在作用

肥胖作为一种疾病引起了世界各国越来越多的重视。目前,对乙酰辅酶A羧化酶的研究表明,该酶和肥胖的发生有着重大关系．脂肪的代谢异常是导致肥胖的重要原因之一。乙酰辅酶A羧化酶是脂肪代谢过程中的一种重要的调节酶．它的产物丙二酰辅酶A的含量在一定程度上控制着脂肪酸的代谢。因此对乙酰辅酶A羧化酶的深入研究很可能为肥胖的治疗提供新的医疗手段。该文介绍乙酰辅酶A羧化酶在脂肪代谢中的作用、分类与调控．以及当前国际上对其研究的最新进展。     

昆虫脂肪酸合成通路关键基因的研究进展

脂肪酸对昆虫生长、发育、繁殖、信息交流起到重要的作用。主要介绍脂肪酸合成通路中的5个关键基因,乙酰辅酶A羧化酶基因(ACC)、脂肪酸合成酶基因(FAS)、超长链脂肪酸延伸酶基因(ELO)、去饱和酶基因(desat)及脂酰辅酶A还原酶基因(FAR)在昆虫中的研究进展。     

聚苹果酸聚合途径中苹果酰辅酶A连接酶基因的克隆、表达及酶学性质

【目的】研究出芽短梗霉聚苹果酸聚合途径中苹果酰辅酶A连接酶基因及其酶学特性。【方法】通过设计兼并引物,采用IPCR技术从出芽短梗霉CCTCC M2012223的基因组中扩增得到苹果酰辅酶A连接酶基因的cDNA全长序列,构建表达载体,通过大肠杆菌异源表达,Ni-NTA柱层析纯化酶蛋白,分析其酶学特性。【结果】获得苹果酰辅酶A连接酶基因序列全长为1498 bp,编码440 aa,含有4个外显子和3个内含子。该重组酶最适反应温度为25℃,最适反应pH值为8.0,高浓度底物ATP明显对酶活性具有抑制作用,单体选择性表明对底物草酸、草酰乙酸、丁酸、丙二酸也具有很好催化活性。【结论】成功从出芽短梗霉CCTCC M2012223中克隆获得聚苹果酸聚合途径的苹果酰辅酶A连接酶基因,为聚苹果酸聚合途径解析及新型可降解材料创制奠定基础。     

鸭肝脂酸合成酶的NADPH底物抑制及作用动力学

已知动物脂肪酸合成酶的底物乙酰辅酶Ａ和丙二酰辅酶Ａ具有竞争性双底物抑制的乒乓机制。实验发现鸭肝脂肪酸合成酶的第三个底物ＮＡＤＰＨ也具有底物抑制,并研究了它的规律及与ＮＡＤＰＨ有关的稳态动力学。发现对于该酶的全反应,增加丙二酰辅酶Ａ浓度,降低环境盐浓度,均使ＮＡＤＰＨ底物抑制减少。但以ＮＡＤＰＨ作底物的酮酰还原和烯酰还原二步单独反应以及包含四步单独反应的乙酰乙酰辅酶Ａ还原反应都无ＮＡＤＰＨ底物抑制现     

热稳定酯酰辅酶A合成酶的异源表达及酶学特性

【目的】为寻找能合成丙酰辅酶A和丁酰辅酶A等聚酮合成前体的生物催化剂,用体外酶学实验对一个酯酰辅酶A合成酶进行了表征。【方法】利用丙二酰辅酶A合成酶作为输入序列,通过BLAST程序在Caldicellulosiruptor owensensis OL的基因组中找到1个酯酰辅酶A合成酶基因。在大肠杆菌中进行了异源表达,并通过亲和层析进行纯化。底物谱、最适反应条件、稳定性和动力学参数通过体外酶学实验进行表征,而定点突变则用于活性中心的氨基酸残基的分析。【结果】该酶具有较好的底物宽泛性,可识别丙酸、丁酸、2-甲基丙酸、戊酸、3-甲基丁酸、2-甲基丁酸以及环己甲酸等一系列单酸。反应最适温度为30°C,最适p H为7.0。70°C保温8 h后仍有45%的活性残留,表明该酶相对比较稳定。通过活性中心3个位点的定点突变可以改变酶的底物特异性。【结论】C.owensensis OL来源的酯酰辅酶A合成酶是潜在的生物催化剂,可以用于聚酮前体的合成。     

钙霉素聚酮链释放亚基蛋白性质优化及底物选择性

【目的】钙霉素合成酶亚基CalA3释放钙霉素合成过程中的聚酮链。获得生物化学性质稳定、蛋白结构性质均一的CalA3蛋白,可用于冷冻电镜(cryo-electron microscopy)结构解析,以帮助理解装配线型聚酮合酶亚基释放聚酮链的生物化学机理。探究CalA3对不同关键结构特征的聚酮链底物的选择性,可为制备CalA3与小分子化合物的复合物提供生化材料,同时也为进一步挖掘CalA3的成酰胺键的应用潜能提供借鉴。【方法】优化CalA3蛋白异源表达菌株的培养条件、CalA3蛋白纯化的生化条件,利用负染电镜观察蛋白形态,计算并分析蛋白质结构的性质;测定CalA3对不同结构的直链聚酮类似物的体外催化活性,利用色谱和质谱分析鉴定CalA3催化N-乙酰半胱氨酸-吡咯-2-丙酸(SNAC-C3)、N-乙酰半胱氨酸-戊酸(SNAC-C5)和月桂酰辅酶A等多种不同结构的直链聚酮底物类似物与3-羟基邻氨基苯甲酸(3-hydroxy anthranilic acid, 3HA)反应的产物。【结果】利用优化后的培养基PGTY,不仅实现了高纯度巨型聚酮合酶CalA3超量异源表达,同时,负染电镜观察、计算分析...     

金鱼草AmHMGS基因的克隆及表达特征分析

植物萜烯类化合物合成主要通过MVA和MEP途径,这些萜烯类化合物在植物生长、发育过程发挥着重要作用,萜烯类化合物在植物花香挥发成分中占有大比率.3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A合成酶基因(HMGS)是MVA途径中的关键酶基因,该酶作用主要是催化底物乙酰辅酶A和乙酰乙酰辅酶A生成3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A(HMG-CoA),是合成萜烯类化合物的前体限速酶.本研究以'马里兰'金鱼草(Antirrhinum majus'Maryland')为材料,克隆AmHMGS,基因全长1 383 bp,编码460个氨基酸,时空和组织特异性RT-qPCR表达分析表明,AmHMGS基因在花中表达量显著高于根茎叶;初开期的表达量最高;在盛花期的不同花器官中,AmHMGS基因在雄蕊和上瓣中表达量最高,与其它花器官中的表达量差异显著.用茉莉酸抑制剂不同浓度的菲尼酮处理盛开期金鱼草花瓣,RT-qPCR分析HMGS基因表达量结果表明,菲尼酮处理后能抑制该基因的表达.本研究的结果为明确AmHMGS基因在金鱼草中的表达模式,为今后研究该基因的功能及其在金鱼草花香释放中的信号作用奠定基础.     

工程改造龟裂链霉菌提高土霉素产量

土霉素是由龟裂链霉菌合成的一类广谱性抗生素,前期研究工作证明其生物合成受其自身途径特异性调控蛋白OtcR的直接调节,OtcR能够激活和促进土霉素合成基因簇的转录表达。在龟裂链霉菌M4018宿主内利用强启动子单独过表达OtcR蛋白,使土霉素的产量提高到原来产量的4倍;为了进一步提高土霉素产量,在M4108宿主内表达乙酰辅酶A羧化酶基因,提高其胞内土霉素合成的前体物丙二酸单酰辅酶A的含量。对出发菌株M4018进行工程改造,同时过表达途径特异性调控蛋白OtcR和乙酰辅酶A羧化酶,发酵检测改造后的重组工程菌株土霉素的产量由1.37g/L提高到9.09g/L,该研究策略对工程改造龟裂链霉菌提高土霉素的产量具有重要的指导意义。     

大肠杆菌holo-ACP的过表达、分离纯化及长链脂酰ACP的合成

[目的]获得高纯度大肠杆菌holo-ACP和多种长链脂酰ACP,为研究细菌脂肪酸、类脂A和N-酯酰高丝氨酸内脂等物质的合成提供底物.[方法和结果]采用PCR方法扩增得到大肠杆菌酰基载体蛋白基因(acpP)和holo-ACP合成酶基因(acpS).使用载体pBAD24、pBAD34和pET28b分别克隆了acpP和acpS,得到pBAD-ACP、pET-ACP和pET-ACP-ACPS 3个ACP表达质粒和一个AcpS表达质粒pBAD-ACPS.分别用3个ACP表达质粒转化大肠杆菌DH5a和BL21(DE3),构建了DH5αpBAD-ACP、BL21(DE3)/pET-ACP和BL21(DE3)/pET-ACP-ACPS 3种ACP生产菌株.与holo-ACP纯化常用菌株DK574相比,虽然三菌株在诱导时均能过量表达ACP,但是holo-ACP所占比例偏低.为了提高ACP生产菌株holo-ACP的产量,用质粒pBAD-ACPS分别转化上述3种ACP生产菌株,获得了3种携带双质粒的ACP生产菌株.表达结果显示携带pBAD-ACP和pBAD-ACPS双质粒的DH5a菌株比DK574菌株能产生更多的holo-ACP,且纯度也得到提高(纯度达99%).同时使用UNOsphere Q阴离子交换层析从这一菌株培养物中分离纯化到了高纯度的holo-ACP,并以纯化到的holo-ACP和多种长链脂肪酸为底物在哈氏弧菌脂酰ACP合成酶的催化下,合成了多种长链脂酰ACP.[结论]通过研究获得一株holo-ACP高产菌株,并证明在大肠杆菌菌株中,同时表达acpP基因和acpS基因,有利于holo-ACP的产生.     

水母雪莲查尔酮合酶基因的克隆、表达及酶活分析

从水母雪莲Saussurea medusa Maxim. cDNA文库中得到一段查尔酮合酶基因 (SmCHS) 片段,然后通过RT-PCR得到完整的查尔酮合酶基因cDNA。序列分析表明SmCHS全长1 313 bp,其开放阅读框为1 170 bp,编码389个氨基酸,预测表达蛋白的分子量为43 kDa。构建原核表达质粒pET28a(+)-SmCHS,重组质粒转化大肠杆菌BL21(DE3),获得表达菌株。经IPTG诱导表达后,对表达产物进行SDS-PAGE分析,结果显示,表达的融合蛋白以部分可溶的形式存在。用Ni-NTA预装柱对融合蛋白进行亲和纯化,对纯化蛋白进行酶活检测,结果表明融合蛋白具有查尔酮合酶活性,可催化底物4-香豆酰辅酶A和丙二酰辅酶A缩合生成产物柚皮素查尔酮。     

生物合成3-羟基丙酸的代谢工程研究进展

3-羟基丙酸(3-HP)作为一种重要的平台化合物,以此为底物能够合成多种具有商业潜质的生物制品。野生菌合成3-HP产量较低,严重限制3-HP的大规模应用与生产,通过改造合成代谢通路的相关基因,构建以廉价底物为碳源的工程菌株,实现降低生产成本提高产量的目的。文中将对近年来国内外通过代谢工程合成3-羟基丙酸的研究进展进行概述,并对甘油途径、丙二酸单酰辅酶A途径、β-丙氨酸等途径合成3-HP的优缺点进行总结分析,对3-HP未来发展前景进行展望。     

洋常春藤HMGS基因克隆与表达分析

3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A合成酶(HMGS)是MVA途径中的关键酶基因,其作用主要是催化乙酰辅酶A和乙酰乙酰辅酶A缩合成3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A(HMG-Co A)。为分析洋常春藤HMGS基因在常春藤皂苷生物合成途径中的功能及调控机制,本研究利用RACE克隆技术克隆获得了洋常春藤HMGS基因c DNA全长序列并进行了生物信息学分析。结果表明:洋常春藤HMGS基因的c DNA全长1 751bp,命名为Hh HMGS(Gen Bank登录号:KX056075),其包含编码468个氨基酸的开放阅读框。预测该基因编码的蛋白质分子量为52.0 k D,理论等电点为5.99。氨基酸序列比对结果表明,洋常春藤中的HMGS与人参的HMGS同源性最高,达到95%。通过RT-q PCR分析Hh HMGS基因在洋常春藤中的时空表达规律,结果表明Hh HMGS基因与常春藤皂苷含量之间并未呈现出相关性。本研究为探讨HMGS基因在常春藤皂苷生物合成途径中的作用以及深入的研究该基因的分子调控机制奠定基础。     

植物3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶基因研究进展

细胞分裂素、赤霉素、脱落酸、叶绿素、萜类等类异戊二烯物质,是植物中广泛存在的一类代谢产物,在植物生长发育过程中起着非常重要的作用。一些萜类化合物作为药物的合成前体或有效的药用成分在工农业及医药生产上具有重要的经济价值。类异戊二烯物质主要通过甲羟戊酸代谢途径中的一系列酶催化合成,其中,3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶(3-hydroxy-3-methylglutaryl coenzyme A reductase, HMGR)是该代谢途径中的第一个关键限速酶,能够将3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A转化成中间代谢产物甲羟戊酸。对植物HMGR基因的克隆、酶结构和功能分析、基因组织表达及调控等方面进行了综述,旨在为其在重要农作物的遗传改良、代谢产物工程植物创制以及植物亲缘关系分析中的应用等研究提供理论依据。