米根霉α-淀粉酶热稳定性的理性设计

真菌α-淀粉酶被广泛应用于麦芽糖浆生产工业,但其热稳定性普遍较差,在制糖工艺中增加了由于酶活力损失而引起的追加生产成本。在充分研究了热稳定性对于真菌α-淀粉酶应用于工业生产的重要性的基础上,为提高米根霉α-淀粉酶(ROAmy)的热稳定性,基于酶蛋白B-factor分析和分子动力学模拟,利用重叠PCR技术分别对ROAmy中的3个氨基酸残基G128、K269和G393进行了单点突变及组合突变。结果表明,所获得的7个突变体均比原酶具有更好的热稳定性,其中效果最好的为组合突变体G128L/K269L/G393P,其在55℃下的热失活半衰期(t_(1/2))约为原酶的5.63倍。同时,该突变体的最适温度由50℃提高到了65℃,最大反应速率(V_(max))和催化效率(k_(cat)/K_m)分别提高了65.38%和99.86%。通过蛋白结构功能比较分析,发现氢键数目的增多或脯氨酸在特殊位置中的引入可能是突变体热稳定性得到提高的主要因素。     

Ⅱ型葡萄糖异构酶N端随机卷曲序列的嫁接效应

木糖/葡萄糖异构酶（xylose/glucose isomerase, XIase/GIase）是果葡糖浆生产的关键用酶,也是重要的模式酶,其组成域的结构和功能一直是研究的热点。本研究采用重叠PCR技术将源自超嗜热菌Thermoanaerobacter thermohydrosulfuricus的Ⅱ型葡萄糖异构酶（TTGIase）N端31个氨基酸序列融合到嗜热菌Thermobifida fusca的I型葡萄糖异构酶（TFGIase）的N端,构建了融合蛋白N-TFGIase。发酵实验结果显示,在相同培养和诱导条件下,N-TFGIase菌体单位浓度产酶量比TFGIase高出约40%;酶学检测结果显示,N-TFGIase比酶活较TFGIase高出26%,最适温度较TFGIase高出5℃,75℃下的半衰期较TFGIase延长30%,最适pH较TFGIase降低1.0。序列分析表明,TTGIase N端序列的mRNA二级结构不形成有阻碍的颈环结构,提高了融合蛋白的表达效率;其含有的31个氨基酸残基的疏水性指数均小于0,利于融合蛋白的初始折叠和包装;其含有的酸性氨基酸残基比例约为碱性氨基酸残基比例的两倍,减小了酸性介质环境对融合蛋白分子表面的影响。实验结果提示,将来自超嗜热菌的Ⅱ型XIase/GIase的N端随机卷曲序列融合到I型XIase/GIase N端,能够提高后者的热稳定性、酸稳定性和表达效率等酶学性质,与我们的预测结果相一致,这为酶的分子改造和生产应用提供了参考。     

金属离子对重组深渊滕黄单胞菌低温α-淀粉酶LamA的活性和稳定性影响

【背景】深渊藤黄单胞菌XH031 (Luteimonas abyssi XH031)是从深海分离到的一株具有很强淀粉降解能力的细菌,前期实验显示其α-淀粉酶LamA在低温环境下仍能保持较高酶活力。若能够提升其热稳定性,会有更好的应用前景。【目的】分析钙离子的存在对LamA热稳定性的影响,并通过钙离子结合位点的关键氨基酸的定点突变,初步明确其作用机制。【方法】在不同的离子条件下检测LamA的热稳定性,利用生物信息学方法预测可能影响钙离子结合及耐热性的氨基酸位点,对目的氨基酸进行定点突变,表达和纯化突变蛋白,并进行功能鉴定。【结果】钙离子明显提高了LamA的热稳定性:在未添加钙离子时,于65°C处理30 min已完全失活;而在5 mmol/L钙离子条件下,于65°C处理30 min后仍具有36%的酶活力。对预测位点进行定点突变后,突变蛋白D200R和H233D/M234C完全失活;N120D、Q185E和T224D活性降低。在未添加钙离子时,突变蛋白稳定性受高温影响程度与野生型差别不大;而在钙离子条件下,N120D在65°C时的酶活力仅为野生型的27.8%,推测位点Asn120与钙离子的结合能够稳定低温酶LamA在较高温度下的结构。【结论】初步明确了钙离子可提升低温α-淀粉酶LamA的热稳定性,为今后相关酶类的工程改造提供理论基础。     

超氧化物歧化酶氨基酸网络与耐热性的关系研究

酶的热稳定性问题一直是生物科学领域的研究热点。构建氨基酸网络,从系统水平上研究酶热稳定性的影响因素是阐明嗜热酶耐热机制的重要途径。作者以超氧化物歧化酶(iron superoxide dismutase,Fe-SOD)的空间三维结构信息为基础,构建了不同类型的氨基酸相互作用网络。通过分析氨基酸网络的网络参数,发现热稳定性高的Fe-SOD氨基酸网络的平均度、平均连接强度及同配系数均高于常温的Fe-SOD氨基酸网络,而嗜热Fe-SOD氨基酸网络的特征路径长度小于常温的Fe-SOD氨基酸网络。此外,通过改变滑动窗口大小研究氨基酸网络中分子间相互作用区域范围,发现热稳定性高的Fe-SOD氨基酸网络中二级结构内部分子间连接紧密,二级结构之间及结构域之间的连接也较频繁。这些现象表明,嗜热Fe-SOD酶致密的内部结构缩短了氨基酸之间的距离,这更有利于稳定酶结构的作用力(如氢键和盐桥)的形成。实验结果进一步表明,通过研究氨基酸网络的网络参数可以阐述酶结构和功能之间的关系。     

巨大芽孢杆菌α-淀粉酶基因核苷酸序列分析

巨大芽孢杆菌(Bacillus megaterium)AS1.127的淀粉酶基因的全碱基序列已被测定。结构基因由1982bp的单一开读框架组成。由DNA序列推测出的前体酶蛋白由659个氨基酸组成,N-端33个氨基酸为信号肽。成熟酶分子由626个氨基酸组成,分子量为68.676kD。该淀粉酶属糖化型α-淀粉酶。并与枯草杆菌(B.subtilis)168产生的糖化型α-淀粉酶之间有83.3%的同源性。分析发现两种菌产生的酶分子的N-端3/4的同源性为90.4%,而C-端1/4的同源性只有70%。序列排比结果说明在淀粉酶基因的趋异进化过程中,基因突变和遗传重组都曾起过作用。     

产碱菌麦芽四糖淀粉酶的纯化及性质

产碱菌(Alcaligenes sp．)537．1除去菌体的培养液经硫酸铵沉淀及DEAE-纤维素离子交换柱层析,得到了凝胶电泳均一的麦芽四糖淀粉酶。纯化了141倍,酶活力回收40.1％,比活力达3308U／mg。用浓度梯度PAGE和SDS—PAGE测定酶分子量分别为68000和66000,不具亚基。用PAG-1EF测定等电点为4．45。酶反应最适pH和温度分别为7.0和60C。在pH7—10范围内稳定,该酶半衰期为37C 12小时,50 C 1小时和62 C 6分钟。 麦芽四糖淀粉酶是糖蛋白,含有4％左右的糖,含有27．10％酸性氨基酸、11.08％碱性氨基酸和1．82％色氨酸。     

绿藻Dunaliella salina钙依赖蛋白激酶的特征(英文)

通过凝胶过滤从绿藻Dunaliella salina中分离出一种新类型的钙依赖但非钙调素、磷脂依赖的蛋白激酶,用凝胶过滤法测得此酶的天然分子量为52kD。该酶的活性既依赖于Ca~(2 )也需要Mg~(2 ),最适浓度为4mmol/L。NaCl和KCl对酶活性具抑制作用。蛋白酶抑制剂K-252a和staurosporine可抑制该酶活性,但半抑制浓度 (IC_(50))远高于对蛋白激酶C(PKC)。当PKC专一性抑制剂sphingosine浓度高达800μmol/L时,对该酶只表现微弱的抑制效应。碱性的组蛋白H1为所测定的蛋白质底物中最适的底物,而酸性的酪蛋白不被磷酸化。磷酸化氨基酸残基分析表明,该酶属丝氨酸/苏氨酸型蛋白激酶。     

N-酰基高丝氨酸内酯酶的分子改造及酶学特性

革兰氏阴性细菌的群体感应系统利用N-酰基高丝氨酸内酯（N-acyl-homoserine lactone, AHL）作为主要信号分子诱导致病因子表达,造成细菌性病害. N-酰基高丝氨酸内酯酶（N-acyl-homoserine lactonase, AHLase）能水解AHL分子的内酯键,减弱致病菌的危害.本研究利用从苏云金芽孢杆菌克隆的N-酰基高丝氨酸内酯酶基因（auto inducer inactivation A, aiiA）,根据Swiss-model模拟aiiA所编码的AiiA蛋白三维结构,预测可能形成的分子内盐桥、活性中心位点等,利用环状诱变方法对AiiA进行定点突变,以期提高其酶活力和热稳定性等酶学性能.对AiiA及其突变蛋白酶学特性分析结果发现,突变体AiiA-N65K-A206E酶活力要比野生型AiiA-wild提高87.4%,并表现出良好的热稳定性和储存稳定性;37 ℃温浴30 min后酶活力剩余73;9%,比AiiA-wild有了大幅提高;4 ℃储存120 h后酶活力剩余12.9%,而AiiA-wild丧失酶活力.酶动力学分析表明,AiiA-N65K-A206E酶促反应的米氏常数Km为1.23 mmol/L,与野生型相当;最大反应速率Vmax为32.36 μmol/L/min,比野生型有较大提高.本研究表明,利用定点突变技术改造AiiA的分子结构,可有效提升AiiA酶活力、热稳定性和储存稳定性.本研究结果为进一步阐明AiiA结构与功能的关系,促进AiiA在植物病害生物防治上的应用,提供了有益的参考和新的思路.     

从噬菌体多肽文库中筛选α—葡萄糖苷酶的抑制剂

以黑曲霉葡糖淀粉酶为靶分子,筛选噬菌体展示的多肽文库,经过3轮生物淘选法筛选,得到3个特异性结合的噬菌体克隆,分别命名为GB-1、GB2和GB-3。其插入多肽中都含有一对二硫键,破坏二硫键将大大降低噬菌体与葡糖淀粉酶的结合。化学合成的环状多肽KCHFEECLAY,其序列对应于结合力最强的一个克隆GB-1的N端的10个氨基酸残基,该多肽可以竞争性地抑制黑曲霉葡糖淀粉酶（Ki=0.2mmol/L)以及大鼠小肠的α-葡萄糖苷酶（Ki=1.4mmol/L)。     

N-酰基高丝氨酸内酯酶AiiA的分子改造及酶学特性

革兰氏阴性细菌的群体感应系统利用N-酰基高丝氨酸内酯(N-acyl-homoserine lactone,AHL)作为主要信号分子诱导致病因子表达,造成细菌性病害.N-酰基高丝氨酸内酯酶(N-acylhomoserine lactonase,AHLase)能水解AHL分子的内酯键,减弱致病菌的危害.本研究利用从苏云金芽孢杆菌克隆的N-酰基高丝氨酸内酯酶基因(auto inducer inactivation A,aiiA),根据Swiss-model模拟aiiA所编码的AiiA蛋白三维结构,预测可能形成的分子内盐桥、活性中心位点等,利用环状诱变方法对AiiA进行定点突变,以期提高其酶活力和热稳定性等酶学性能.对AiiA及其突变蛋白酶学特性分析结果发现,突变体AiiA-N65K-A206E酶活力要比野生型AiiA-wild提高87.4%,并表现出良好的热稳定性和储存稳定性;37℃温浴30 min后酶活力剩余73.9%,比AiiA-wild有了大幅提高;4℃储存120 h后酶活力剩余12.9%,而AiiA-wild丧失酶活力.酶动力学分析表明,AiiA-N65KA206E酶促反应的米氏常数Km为1.23 mmol/L,与野生型相当;最大反应速率Vmax为32.36μmol/L/min,比野生型有较大提高.本研究表明,利用定点突变技术改造AiiA的分子结构,可有效提升AiiA酶活力、热稳定性和储存稳定性.本研究结果为进一步阐明AiiA结构与功能的关系,促进AiiA在植物病害生物防治上的应用,提供了有益的参考和新的思路.     

绿色糖单孢菌-木素过氧化物酶的纯化及酶学性质研究

实验以一株耐热耐碱放线菌--绿色糖单孢菌(Saccharomonospora viridis)为研究对象,从其液体发酵产物中提取木素过氧化物酶(Lignin Peroxidases / LiP),粗酶液经硫酸铵分级沉淀、透析浓缩,最后经过Sephadex G-75柱色谱得到单一的LiP,酶纯度提高了11.06 倍;经SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳测定该酶的分子量约为28.8kD.同时对纯酶的酶学性质进行了初步研究,发现LiP 酶的最适反应温度为50℃,最适反应为7.0 ;在75℃下具有良好的热稳定性,在pH7 ～ 10 范围内有较强的耐受力,保温30min 时酶的半衰期温度为75℃ ;该酶在高温、偏碱性的造纸工业中具有一定应用潜力.金属离子Cu2+、Fe2+、Co2+ 对酶具有明显促进作用,Ca2+、SDS 具有抑制作用;糖含量测定发现该酶为小分子量的糖基化蛋白,含有6.59% 的糖;酶动力学反应测定发现该酶对底物2,4-二氯苯酚(2,4-DCP)的Km 值为0.1057mmol/L.     

高糖环境下beclin2介导的自噬增强绒毛膜滋养层细胞凋亡

目的探讨高糖对人绒毛膜滋养层细胞早期凋亡及自噬水平的影响。方法取足月妊娠的正常及妊娠期糖尿病(gestational diabetes mellitus,GDM)患者的胎盘组织,透射电镜观察滋养层细胞超微结构的改变。体外用不同浓度的含糖培养基培养滋养层细胞系HTR8/Svneo细胞24h,分为低糖组(1.57mmol/L或LG2 2.25mmol/L),正常对照组(5.57mmol/L)和高糖组(10.57mmol/L、15.57mmol/L或40.57mmol/L);流式细胞术检测细胞早期凋亡率;q-PCR检测细胞内beclin1、beclin2和ATG7等自噬相关基因的m RNA表达水平;Western blot检测Ⅱ型自噬标志蛋白微管相关蛋白1轻链3(LC3-II)和p62蛋白表达水平。结果透射电镜下可见GDM组滋养层细胞中存在自噬小体且空泡数目明显多于正常足月妊娠组,其游离面微绒毛出现明显倒覆及坍塌现象;在体外培养的滋养层细胞中,流式细胞术检测显示1.57mmol/L低糖组及40.57mmol/L高糖组较正常对照组HTR8/SVneo细胞的早期凋亡率均明显增加;q-PCR分析发现40.57mmol/L高糖组beclin2及ATG7 m RNA表达水平较正常对照组升高,beclin1 m RNA表达无差异;Western blot检测表明,与正常对照组比较,40.57mmol/L高糖组LC3-II蛋白表达水平升高,p62蛋白表达水平降低。结论高糖可通过beclin2介导的自噬信号途径增强滋养层细胞自噬水平进而导致细胞凋亡,并可能与不良的妊娠结局相关。     

鱼源溶藻弧菌胞外产物的特性研究

溶藻弧菌经胰胨大豆胨琼脂培养基(TSA 2%NaCl)培养48h后,培养物用PBS洗脱、离心,再经孔径0.22μm微孔滤膜过滤,制得胞外产物(Extracellular product,ECP)。经检测,该ECP具有淀粉酶、酪蛋白酶、卵磷脂酶和脂肪酶等4种酶活性,其中淀粉酶的活性最高,酪蛋白酶、脂肪酶活性次之,卵磷脂酶活性较低,未检测出明胶酶及脲酶活性;能溶解断斑石鲈(Pomadasys hasta)、眼斑拟石首鱼(Sciaenops ocellatus)和赤点石斑鱼(Epinephelus akaara)的红细胞,而不能溶解鸡、羊及O型人红细胞;对小白鼠和石斑鱼的LD50分别为0.08mg/g和0.17mg/g,95%可信限分别为0.06—0.12mg/g和0.07—0.28mg/g;50mmol/L EDTA和100mmol/L苯甲基磺酰氟能使胞外蛋白酶(Extracellular pro-teinase,ECPase)的活性分别下降83.40%和51.32%;ECPase对热稳定性较差,碱性条件下活性较高,其最适温度为50℃,最适pH为8.0。     

一种来源于喜热梭孢壳的耐热型β-甘露聚糖酶

【目的】本文旨在挖掘满足工业加工所需的新型耐热β-甘露聚糖酶。【方法】从丝状真菌喜热梭孢壳中克隆甘露聚糖酶基因Mtman1,利用毕赤酵母表达系统进行异源表达,研究重组酶的酶学性质和热处理过程中蛋白构象变化情况。【结果】序列分析显示,Mtman1基因编码409个氨基酸,包含一段20个氨基酸的信号肽序列和一个GH5家族结构域;经毕赤酵母表达的重组MtMAN1蛋白约为60 kDa,存在N-糖基化修饰,该酶的最适反应pH和温度分别为6.0和70℃,催化刺槐豆胶底物的Km和Vmax分别为4.28±0.73 mg/mL和203.9±14.61μmol/(s·mg);MtMAN1在60℃下十分稳定,在80℃、90℃和100℃下处理10 min后,分别能维持(68.23±7.47)%、(56.01±5.69)%和(14.91±2.92)%的残余活性,且二级结构和最大发射波长基本没有发生变化,提示其构象维持稳定;此外,该酶对较低浓度的Fe~(2+)(0.1 mmol/L)、Cu~(2+)(0.1 mmol/L)、Ca~(2+)(0.5 mmol/L)、Mg~(2+)(0.1 mmol/L)或Zn~(2+)(0.1 mmol/L)耐受能力较强。【结论】MtMAN1是一种耐热的β-甘露聚糖酶,在饲料制粒等需要高温处理的工业加工工艺中具有较好的应用前景。     

长吻鮠碱性磷酸酶的动力学研究

采用生化手段,从长吻鮠(Leiocassis longirostris Günther)肝中提取出碱性磷酸酶(AKP).提纯倍数为62.08倍,比活为66.43单位/mg蛋白,提取酶液经PAGE和SDS-PAGE只呈现一条区带.该酶的最适pH为10.05,7.0>pH>11.0时不稳定;最适温度为40℃,;对热不很稳定;以磷酸苯二钠为底物其Km值为1.82×10-3mol/L.Mg2+为该酶的激活剂,L-Cys、KH2PO4、DFP、ME、EDTA-Na2为抑制剂.选用KH2PO4,和DFP作抑制类型的判断,结果表明,KH2PO4,属竞争性抑制剂,其抑制常数为2.41mmol/L,DFP为非竞争性抑制剂,抑制常数为1.01mmol/L.       

嗜热毛壳菌外切葡聚糖纤维二糖水解酶的纯化和部分性质研究

研究液体发酵嗜热毛壳菌(Chaetomium thermophilum)产生的一种外切葡聚糖纤维二糖水解酶的分离纯化及特性。粗酶液经硫酸铵沉淀、DEAE-Sepharose Fast Flow阴离子层析、Sephacryl S-100分子筛层析、Q Sepharose Fast Flow强阴离子层析等步骤后获得凝胶电泳均一的外切葡聚糖纤维二糖水解酶。经12.5%SDS-PAGE和凝胶过滤层析方法测得该酶的分子量大小约为66.3kDa和67.1kDa。该酶反应的最适温度和pH值分别为65℃和5.0。在60℃以下酶比较稳定,在70℃酶的半衰期为1h,在80℃下保温20min仍具有20%的活性,该酶的热稳定性较中温真菌的同类酶高,与国外报道的嗜热真菌的同类酶热稳定性接近。以pNPC为底物的Km值为0.956mmol/L。     

脯氨酸对蛋白质热稳定性的贡献

单一氨基酸的置换可以改变酶的热稳定性。脯氨酸(Pro)残基在蛋白质结构及其热稳定性中具有特殊作用。它十分偏爱β转折或无规卷曲结构,而很少出现在α螺旋和β折叠中。分析认为在改善酶热稳定性的蛋白质工程中,只要主链构象不发生骤变,则可在适当的β转折或无规卷曲中引入Pro,通过其刚性的吡咯烷环,降低蛋白质去折叠时的骨架熵,从而使其周围的构象更合理。这一Pro理论(theprolinetheory)的分子设计新思路将会得到进一步的发展和完善。     

基于二级结构氨基酸组成识别酸性、中性及碱性酶

本研究系统分析了酸性、碱性和中性酶在二级结构氨基酸组成上的差异。结果发现在形成特定二级结构过程中,酸性酶和碱性酶有着不同的氨基酸使用偏向;同时,在酸性和碱性酶中,中性氨基酸和侧链微小的氨基酸含量明显较高,这可能是它们适应极端pH的普遍机制。基于此,提出了一种提取蛋白质序列特征值的新方法,其10倍交叉验证的精度可达80.3%。与其他常见特征值提取方法相比,其精度提高了9.4%到18.7%不等;而随机森林算法比其他机器学习算法识别精度也高出2.7%到21.8%不等。     

豚鼠膀胱Cajal样细胞在高糖环境中的形态学变化

目的:观察高糖环境下豚鼠膀胱Cajal样细胞形态学变化.方法:应用酶解法分离培养豚鼠膀胱Cajal样细胞,分为无糖组、正常对照组(葡萄糖浓度5mmo/L)、高糖组(葡萄糖浓度分别为15、30、60mmol/L),通过光学倒置显微镜及c-kit抗体染色后激光扫描共聚焦显微镜观察细胞形态.结果:葡萄糖浓度分别为30、60mmol/L组较无糖组、正常对照组(5mmoI/L)及15mmol/L组细胞数量减少,差异有统计学意义(P＜0.05),蛋白标记后显示蛋白染色部位减少,有核着色迹象.结论:高糖环境可导致Cajal样细胞的形态异常,数量减少,可能引起其功能学的改变,提示其可能是糖尿病膀胱病变的的影响因素.     

腾冲嗜热杆菌热稳定海藻糖磷酸化酶的基因表达与酶的分子生物学性质研究

分离克隆了腾冲嗜热杆菌(Thermoanaerobacter tengcongensis)海藻糖磷酸化酶(TreP)的编码基因(treP), 该酶可催化以葡萄糖和α-1-磷酸葡萄糖为底物的海藻糖合成反应及其逆向的分解反应. 反向mRNA点杂交实验表明, 腾冲嗜热杆菌中treP基因在高盐胁迫条件下表达量增加, 而在海藻糖诱导条件下表达量降低. 将该基因导入不含TreP的大肠杆菌中进行诱导表达, SDS-PAGE表明, 异源表达的TreP分子量约为90 kD, 与预期值相同. 通过葡萄糖氧化酶法测定分解产物葡萄糖的产率表明: TreP催化海藻糖分解反应的最适温度是70℃, 最适pH值为7.0; 通过HPLC检测合成产物海藻糖的产率表明: TreP催化合成反应的最适温度为70℃, 最适pH值为6.0. 在最适反应条件下, 50 μg的TreP粗酶可催化25 mmol/L α-1-磷酸葡萄糖与葡萄糖在30 min合成11.6 mmol/L海藻糖; 而同量的酶在同样时间内仅能将250 mmol/L海藻糖分解生成1.5 mmol/L葡萄糖. 以上体内胁迫和诱导表达分析及体外酶学性质分析均证明该酶的主要功能是催化海藻糖的合成反应. 热稳定性实验表明, 该酶性质比较稳定, 在50℃下温育7 h还能保持77%以上的活性, 是一个有潜在工业用途的新的热稳定海藻糖合成酶.