苏氨酸醛缩酶的催化机理、分子改造及合成应用

苏氨酸醛缩酶催化醛和甘氨酸羟醛缩合,一步反应即可构建产物β-羟基-α-氨基酸的两个手性中心,从原子经济性和环境影响角度,是非常具有潜力的绿色合成光学纯β-羟基-α-氨基酸的方式之一。多个不同生物来源的苏氨酸醛缩酶得到分离和表征,较低的β-碳立体选择性以及反应过程中动力学和热力学控制难题,使其在合成应用中面临很大挑战。文中综述了近年来苏氨酸醛缩酶在基因挖掘、催化机理、高通量筛选与分子改造、合成应用等方面的研究进展,旨在为进一步研究提供参考。     

苏氨酸醛缩酶的结构与功能及其在药物合成中的应用

β-羟基-α-氨基酸(β-hydroxy-α-amnio acids,HAAs)是一类广泛应用于制药工业的重要手性中间体。由于其含有双手性中心(C_α和C_β),探索其严格立体选择性的生物合成方法备受关注。苏氨酸醛缩酶(threonine aldolase,TA)可在温和条件下催化不同类型的醛与氨基酸缩合构筑丰富的HAAs产物库,显示了工业应用潜力。由于目前表征的TA普遍存在对C_β立体选择性不严格、活性较低以及催化机制不清晰等问题,为其在HAAs合成中的应用带来了挑战。本文综述了TA在新酶挖掘、结构与催化机理解析、蛋白质工程以及合成应用等方面的研究进展,为推动酶催化绿色、高效合成手性药物提供参考。     

两种新型L-苏氨酸醛缩酶的鉴定及活性检测方法

为了实现重要医药中间体β-羟基-α-氨基酸的生物酶法合成,挖掘验证新型的L-苏氨酸醛缩酶。以pET-28a(+)作为表达载体,通过蛋白表达纯化、薄层层析色谱(TLC)和高效液相色谱(HPLC)技术分析L-苏氨酸醛缩酶及其催化产物的性质。基于4-氨基-3-肼基-5-巯基-1,2,4-三氮唑(Purpald)显色试剂开发检测醛缩酶的新方法。Streptomyces coelicolor SCO1844(天蓝色链霉菌,S.coelicolor SCO1844)和Streptomyces xinghaiensis SFR7A(星海链霉菌,S.xinghaiensis SFR7A)来源的醛缩酶被证明能够成功地合成β-羟基-α-氨基酸,且均为L-苏氨酸醛缩酶,实现了以苯甲醛和甘氨酸为底物合成l-threo/erythron-苯基丝氨酸的醇醛缩合反应。开发的可视化活性检测方法可以实现醛缩酶的快速鉴定和高通量筛选。两种新型L-苏氨酸醛缩酶的鉴定以及活性检测方法的开发,不仅丰富了生物法合成β-羟基-α-氨基酸的酶库,也为下一步对L-苏氨酸醛缩酶进行分子改造提高其催化活性和选择性奠定了研究基础。     

α-氨基酸的立体有择合成

简述了α－氨基酸立体有择合成中几个代表性方法：消旋氨基酸不对称转化、α,β－脱氢氨基酸不对称氢化、甘氨酸等量体不对称烷化和手性自身再生。引用文献１８篇。     

转氨酶催化不对称合成芳香族L-氨基酸

芳香族L-氨基酸是合成许多药物、农药、精细化学品和食品添加剂的重要手性砌块(Chiral buildingblocks)。利用酶催化具有高活性和高立体选择性的特点合成手性砌块是目前不对称合成领域重要的研究方向。通过对不同来源转氨酶的进化分析,选择分别源自原核生物大肠杆菌Escherichia coli和真核生物酿酒酵母Saccharomyces cerevisia中的两种具有代表性Ⅰ型芳香族转氨酶TyrB和Aro8,比较研究了两种转氨酶通过平衡逆转不对称氨化催化合成芳香族L-氨基酸的反应过程和催化效率。重组转氨酶TyrB和Aro8都能有效地合成天然芳香族氨基酸苯丙氨酸和酪氨酸以及非天然氨基酸苯甘氨酸。手性HPLC分析表明,合成的氨基酸都是L-构型的,e.e值等于100%。L-丙氨酸是适宜的氨基供体,转氨酶TyrB和Aro8都不能利用D-型氨基酸作为氨基供体。反应体系中氨基供体L-丙氨酸和氨基受体芳香族α-酮酸的最适摩尔比为4∶1。底物芳香族α-酮酸分子结构中芳香环上的取代基以及脂肪酸碳链部分的长度都对酶催化的转氨效率有显著的影响。在制备规模试验中,TyrB催化不对称转氨反应合成L-苯甘氨酸、L-苯丙氨酸和L-酪氨酸的比生产速率为0.28 g/(g.h)、0.31 g/(g.h)和0.60 g/(g.h),Aro8催化上述反应的比生产速率分别为0.61 g/(g.h)、0.48 g/(g.h)和0.59 g/(g.h)。研究结果对利用转氨酶通过平衡逆转不对称催化合成芳香族L-氨基酸的工业化应用具有指导意义。     

内消旋-二氨基庚二酸脱氢酶不对称合成非天然手性D-氨基酸的研究进展

内消旋-二氨基庚二酸脱氢酶不对称合成非天然的手性D-氨基酸是目前生物催化领域的研究热点。内消旋-二氨基庚二酸脱氢酶具有优良的立体选择性,利用其进行酶催化不对称合成光学纯的手性D-氨基酸,被广泛用于医药、食品、化妆品、精细化学品等领域。为了促进生物催化法在合成手性D-氨基酸方向的进一步发展,本文对内消旋-二氨基庚二酸脱氢酶催化合成D-氨基酸的现状进行了综述。重点介绍了Corynebacterium glutamicum、Ureibacillus thermosphaericus、Symbiobacterium thermophilum来源的内消旋-二氨基庚二酸脱氢酶在新酶的挖掘、催化性能、晶体结构解析、分子改造、功能与催化机制、合成D-氨基酸新途径等方面的研究进展,并对内消旋-二氨基庚二酸脱氢酶的未来研究方向及策略进行了展望。本综述将进一步加深人们对内消旋-二氨基庚二酸脱氢酶的认识,也为具有挑战性的生物合成任务提供信息借鉴。     

不对称合成Ⅲ:以天然产物(十)一樟脑为手征性助剂对映选择合成(R)-α-氨基酸

本文以(十)—樟脑为手征性助剂,通过樟脑酮亚胺(3)的不对称烷基化反应,对映选择合成3(R)-a-氨基酸,其光学产率为71—95%,这是一种立体控制刑成碳-碳键的新合成体系。     

高选择性不对称还原N,N-二甲基-3-酮-3-(2-噻吩)-1-丙胺的重组氧化还原酶催化性质及其酶促转化

【目的】通过表达多种重组立体选择性氧化还原酶,分析其催化不对称还原N,N-二甲基-3-酮-3-(2-噻吩)-1-丙胺(DKTP)的性质,从而构建酶促合成(S)-N,N-二甲基-3-羟基-3-(2-噻吩)-1-丙胺(DHTP)的反应体系。【方法】基于已有立体选择性氧化还原酶重组大肠杆菌,通过Ni离子亲和层析法纯化得到重组氧化还原酶,以DKTP为底物,考察不同重组氧化还原酶对DKTP的催化活性和选择性,进一步对高选择性酶促合成(S)-DHTP的重组酶CR2进行性质分析,并考察其在最适条件下不对称还原DKTP的过程。【结果】筛选获得产物构型为(S)-型的催化活性最高的酶为CR2,该酶米氏常数Km为0.135 mmol/L,kcat/Km为3.689 L/(mmol·s),最适p H 8.4(0.1 mol/L三乙醇胺缓冲液),最适反应温度为35°C,在10-45°C条件下和p H 7.5-8.5较为稳定,Zn2+离子对酶活有促进作用。CR2催化DKTP不对称还原反应6 h后,DHTP的产率达92.1%、光学纯度达99.9%。【结论】基于活性和选择性分析,获得不对称还原DKTP的目标酶CR2,其催化特性有利于高立体选择性还原DKTP生成度洛西汀中间体(S)-DHTP,从而为进一步提高酶促不对称还原DKTP的转化效率提供研究基础。     

Pseudomonas putida KT2440低特异性L-苏氨酸醛缩酶的表达、酶学性质及温度稳定性提高

【目的】从Pseudomonas putida KT2440基因组中,钓取低特异性L-苏氨酸醛缩酶基因(lta E),构建重组大肠杆菌。研究目标酶的酶学性质,和关键氨基酸位点突变对酶活和温度稳定性的影响。【方法】以P. putida KT2440基因组DNA为模板,PCR扩增出lta E基因,构建重组表达质粒p ET28a-KT2440并转化Escherichia coli BL21 (DE3),获得重组菌E. coli BL21 (DE3)/p ET-KT2440,利用Ni~(2+)柱亲和层析纯化低特异性L-苏氨酸醛缩酶(LTA),对关键氨基酸位点Thr206和Lys207实施定点突变。【结果】SDS-PAGE结果表明LTA在大肠杆菌中获得高效表达,分子量为40k Da左右,与理论值大小相符。Ni~(2+)柱亲和层析纯化LTA,获得单一条带。利用双酶耦联法测得LTA酶活为5577.3U/mg,最适反应温度为50°C,最适p H为8.0。在温度低于45°C,p H 5.0-9.0时,重组酶较稳定。LTA酶的Km和kcat值为23.95 mmol/L和19216.6 s–1。Mg~(2+)、Ca~(2+)金属离子对LTA有明显的促进作用,而Ni~(~(2+))、Cu~(2+)、Zn~(2+)、Fe~(2+)等对酶有明显的抑制作用。该酶在叔丁基甲基醚溶剂中具有良好的耐受性,在叔丁基甲基醚中保存1h后仍保留90%以上的酶活。Thr206Ser突变明显提高了酶对温度的稳定性。Lys207对酶催化功能是必需的,该位点突变对酶活都是致死的。【结论】克隆并表达P. putida KT2440的LTA酶,研究了酶学性质,通过定点改造提高了酶的温度稳定性,筛选获得一种酶耐受性好的有机溶剂,为LTA酶在有机溶剂中高效稳定催化β-羟基-α-氨基酸奠定了较坚实的研究基础。     

杨小舟蛾雌蛾性信息素活性成分的鉴定

【目的】鉴定杨小舟蛾Micromelalopha sieversi雌蛾性信息素活性成分的结构信息。【方法】采用正己烷浸提的方法提取杨小舟蛾性成熟处女雌蛾性腺中的活性成分;利用气相色谱-触角电位联用(GC-EAD)技术对其活性成分进行定位;性腺提取物与4-甲基-1,2,4-三唑啉-3,5-二酮(MTAD)进行微量化学反应,获得衍生物;利用气相色谱-质谱联用(GC-MS)技术分别对性腺提取物及MTAD衍生物进行质谱特征离子分析。【结果】GC-EAD结果显示,杨小舟蛾雄蛾触角对雌蛾性信息素腺体提取物中的一种成分有较好的反应;GC-MS分析结果表明,能引起雄蛾触角电生理反应的成分为十八碳的不饱和醛;MTAD衍生物的GC-MS结果显示,该活性成分的两个双键分别位于碳链的13和15位。【结论】本研究鉴定出杨小舟蛾雌蛾性信息素活性成分的平面结构为13,15-十八碳二烯醛,但双键的立体构型有待合成标准化合物进一步鉴定。本研究为杨小舟蛾性信息素备选化合物的筛选提供了方向,为信息素的结构确证奠定了基础。     

树鼩PSEN1全长编码序列的克隆及分子特征分析

目的 获取树鼩早老素蛋白-1(PSEN1)的全长编码序列并进行分子特征分析。方法 以树鼩脑组织总RNA为材料,通过RT-PCR、RACE-PCR扩增和序列拼接获得PSEN1基因全长编码序列,进而通过DNAMAN、MEGA等生物信息学软件对其序列和分子特征进行分析。qRT-PCR和Western Blot进一步分析PSEN1在树鼩各个组织的表达模式。结果 克隆鉴定了树鼩PSEN1基因,其cDNA的开放阅读框全长1128 bp,编码375个氨基酸。通过系统发育谱系树、氨基酸序列对比分析,发现树鼩PSEN1与小鼠、大鼠等相比更接近人类和非人灵长类动物。qRT-PCR和Western Blot的结果表明,树鼩PSEN1在脑组织的表达量明显高于其他脏器组织。结论 通过克隆树鼩PSEN1基因序列并进行分析,为今后进一步深入研究该基因功能和建立相关疾病动物模型提供理论基础。     

红毛五加多糖对大鼠肝细胞免疫损伤的保护作用及其机制

红毛五加属于五加科植物,而五加科植物大多具有调节免疫力的双向调节作用,红毛五加多糖是从中药红毛五加中提取的单一组分,目前关于红毛五加多糖的抑炎作用还少有报道。为了探究红毛五加多糖AHP-Ⅱ对LPS导致的大鼠肝细胞免疫损伤的保护作用及其作用机制,该研究将实验分为空白组、模型组(LPS,40μg·mL^-1)和AHP-Ⅱ低、中、高剂量组(25,50,100μg·mL^-1)五组,以LPS(40μg·mL^-1)来制备大鼠肝细胞免疫损伤模型,先用ELISA方法检测细胞分泌TNF-α的水平及流式检测ROS的含量,来探究AHP-Ⅱ不同剂量对炎症因子的抑制作用,再用western方法检测P-JNK2的蛋白水平来进一步探究AHP-Ⅱ的抑制作用机制。结果表明:低、中、高剂量组的AHP-Ⅱ均可使肝细胞损伤后的TNF-α含量下降。同时,AHP-Ⅱ中、高剂量组均可使损伤后的肝细胞ROS的分泌量下降,且AHP-Ⅱ高剂量组抑制ROS的作用最强。在加入AHP-Ⅱ后,JNK2蛋白的磷酸化水平呈剂量依赖性降低,AHP-Ⅱ高剂量组抑制作用最强。这说明红毛五加多糖AHP-Ⅱ可以通过降低P-JNK2的蛋白含量来抑制炎症因子TNF-α及ROS的水平,以发挥免疫保护作用。     

尼罗红示踪纳米制剂在荷瘤裸鼠体内活体成像的应用

目的拟将尼罗红包裹入纳米制剂中,利用其荧光特性来考察纳米制剂在荷瘤鼠体内的肿瘤靶向性与组织分布情况。方法采用CCK-8法检测尼罗红纳米乳[NRNE(O)]对H1688的细胞毒性。建立BALB/c裸鼠肺癌模型,灌胃给予尼罗红混悬液(NRS)及NRNE(O),通过小动物活体成像系统观察其在荷瘤裸鼠中荧光强度的动态分布情况。结果 NRNE(O)具有较低的细胞毒性和良好的生物相容性,并且在体内的吸收量及肿瘤部位的蓄积量均高于NRS;NR在纳米制剂中能快速、稳定、清晰地反映纳米制剂在小鼠体内的动态分布情况。结论本研究中制备的NRNE(O)的稳定性好,为尼罗红作为示踪剂应用于纳米制剂在动物体内的研究提供了重要的研究手段。     

瘦素受体基因敲除SD大鼠的表型及病理观察

目的观察CRISPR/Cas9技术建立的肥胖、代谢综合征和糖尿病前期特征的瘦素受体基因敲除大鼠模型的多种参数,为代谢性疾病的分子机制研究和新药研发提供更为理想的动物模型。方法1)定期测定Lepr^-/-大鼠的体重、摄食量、随机血糖和空腹血糖;葡萄糖耐量试验和胰岛素耐量试验;血清血脂参数;2)观察14周和18周Lepr^-/-大鼠主要脏器的病理学改变;3)观察脏器脂质沉积情况。结果Lepr^-/-大鼠表现明显肥胖、高摄食量、葡萄糖耐量受损、胰岛素抵抗和血脂异常;14周和18周出现胰岛增生和心脏肌细胞肥大、脂肪肝、肥胖相关性肾病;肝细胞、肾小管上皮细胞和骨骼肌纤维内脂质沉积。结论Lepr^-/-大鼠是代谢性疾病的病因研究和新药研发的理想动物模型。     

Smad2/3a对斑马鱼神经嵴细胞标记基因crestin表达的影响

目的 探讨Smad2/3a对脊椎动物神经嵴细胞发育的影响。方法 通过在斑马鱼胚胎单细胞时期显微注射smad2/3吗啉环修饰的反义寡核苷酸的方法,特异性敲降smad2/3基因的表达,至胚胎发育至6体节,利用整胚原位杂交检测神经嵴细胞特异性标记基因snail1b,sox10,foxd3和crestin的表达情况;通过casmad2 mRNA和smad3a mRNA显微注射的方法过表达smad2和smad3a,同样利用整胚原位杂交检测神经嵴细胞特异性标记基因crestin的表达情况;通过过表达casmad2及smad3a对下调smad2和smad3a的胚胎进行挽救。结果 smad2/3a被敲低后,crestin的表达量显著降低,而snail1b,sox10和foxd3的表达量无明显变化。smad3b被敲低后,crestin,snail1b,sox10和foxd3的表达量均无明显变化;过表达casmad2和smad3a均可导致crestin的表达量增高;过表达casmad2和smad3a可挽救由于smad2/3a敲降所造成crestin的低表达量。结论 Smad2和Smad3a对神经嵴细胞标记基因crestin的表达具有重要作用。     

信息技术与《遗传学》教学整合的研究与实践

随着以多媒体技术、网络技术为基础的信息技术的迅猛发展,运用现代信息技术促进教育改革与发展是必然趋势。遗传学是一门前沿的生命科学学科,内容庞杂、枯燥难懂。如何针对本门课程的特点,构建有效的教学模式,是广大教师面对的一项重要课题。因此,更新教学理念、探索以信息技术为载体的遗传学教学新模式意义深远。     

腰痛相关动物模型的研究进展

腰痛(low back pain,LBP)是影响人类健康的最常见疾病之一,患病率高且治愈率低下。其发病机制尚不清楚,可能与多种因素有关,如椎间盘退变、关节突关节损伤、肌肉筋膜炎症等。建立恰当的动物模型有助于研究和了解LBP的发病机制、探索预防及治疗方法。本文就可诱发腰痛的动物模型研究进展综述如下。     

Th2与ILC2细胞在哮喘模型中的数量及产生细胞因子的比较研究

目的比较过敏原依赖和非依赖性哮喘模型中2型辅助性T细胞(Th2 cell)和固有淋巴样2型细胞(type 2innate lymphoid cell,ILC2)的功能。方法滴鼻法制备过敏原卵清蛋白(ovalbumin,OVA)和上皮源性细胞因子(IL-25、IL-33)诱导的亚急性和慢性哮喘小鼠模型。收集小鼠肺泡灌洗液(bronchoalvelar lavage fluid,BALF)进行细胞计数;取左肺进行石蜡包埋、切片和HE染色;右肺行流式细胞术,以分析在不同时间点各组小鼠Th2细胞和ILC2细胞数目和占肺组织总细胞比例,并对Th2型细胞因子的来源进行分析。结果与生理盐水组相比,各实验组BALF中总细胞数明显增加; HE染色可见OVA、IL-25和IL-33均可诱导哮喘典型病理学改变;各实验组肺组织中Th2细胞与ILC2细胞均明显上升,数量上以Th2细胞为主,两者均可产生Th2型细胞因子IL-5和IL-13,且以Th2细胞为主。而在致哮喘样改变、促进Th2细胞和ILC2细胞在小鼠肺部聚集等方面,以IL-33的效应最强。结论在过敏原OVA和非过敏原IL-25、IL-33诱导的哮喘模型中,Th2型细胞因子主要来源均为Th2细胞,提示Th2细胞在哮喘的发生、发展中起到主要作用。IL-33可能是过敏性和非过敏性哮喘患者个体化治疗的潜在靶点。     

H7N9禽流感病毒裂解佐剂(MF59)疫苗的长期免疫原性研究

目的 评价H7N9禽流感病毒裂解佐剂(MF59)疫苗的长期免疫原性。方法 制备含MF59佐剂的H7N9禽流感病毒裂解疫苗成品,放置于(6±2)℃环境下,取保存6、24和30个月后的疫苗,对小鼠进行免疫,以血凝抑制效价和微量中和抗体滴度来评估该疫苗的免疫原性。同时,用存放30个月的疫苗进行2次免疫后,对小鼠进行攻毒,观察MF59佐剂疫苗的免疫保护效应。结果 H7N9禽流感病毒裂解佐剂(MF59)疫苗在(6±2)℃保存30个月后免疫小鼠,检测其血凝抑制抗体效价和微量中和抗体滴度均没有明显的变化,且免疫小鼠能够有效抵御H7N9病毒的感染及其致病效应。结论 H7N9禽流感病毒裂解佐剂(MF59)疫苗具有良好的免疫原性,在(6±2)℃至少可保存30个月。     

大鼠冠状病毒和仙台病毒的双重PCR检测方法的建立与应用

目的建立快速检测实验大鼠冠状病毒和仙台病毒的双重PCR方法。方法根据大鼠冠状病毒N基因、仙台病毒L基因设计特异性引物;经过双重PCR优化,特异性和敏感性的检测,建立双重PCR体系。应用该PCR体系检测人工感染仙台病毒组织DNA样本和实验动物组织样本,并与ELISA方法比对。结果双重PCR扩增出大鼠冠状病毒(168 bp)和仙台病毒(262 bp)目的条带,PCR扩增产物测序结果利用核酸BLAST功能进行同源序列对比,仙台病毒和大鼠冠状病毒同源性分别为100%和99%。仙台病毒和大鼠冠状病毒的检测下限为1.56×10~2 copies/μL。特异性检测对小鼠肝炎病毒扩增,产生片段大小近似大鼠冠状病毒产物。应用建立的双重PCR体系检测人工感染仙台病毒组织DNA样本,30份DNA标本均被检出;检测94份实验动物肺组织样本,结果均阴性。结论建立的双重PCR方法操作简单、快速、特异性强、灵敏度高,能够实现对实验动物仙台病毒和大鼠冠状病毒病原体的快速检测。