台湾家白蚁内切葡聚糖酶活性中心氨基酸的饱和突变

对内切葡聚糖酶的功能改进一直是纤维素酶研究领域的焦点。本研究对台湾家白蚁内切葡聚糖酶(CfEG)的活性位点做了饱和突变。首先,以PDB数据库中高山象白蚁内切葡聚糖酶(NtEG)的三维结构(PDB id=1ks8)为模板,对CfEG进行三维结构同源建模,二者序列一致性高达79%。位于CfEG活性中心的D53、D56、E411,分别与NtEG的催化残基D54、D57、E412重合。用简并引物对CfEG的假定活性位点D53、D56、E411进行定点饱和突变。在位点D53、D56各筛选到羧甲基纤维素酶活有一定提高的突变子D53E、D56C,其中D56C的Km值减小为原始酶的三分之一。双突变子D53L/D56I的比活比原始酶提高了近2倍,同时Km值减小至原始酶的一半。而E411的饱和突变子库均没有活性,进一步将其替换为近似氨基酸的E411D、E411Q定点突变子也丧失了酶活。由突变结果可推断,位点E411为该酶行使功能的必需残基。     

微小毛霉凝乳酶的生物合成和性质的研究

从19株真菌中筛出一株徽生物凝乳酶高产菌株,微小毛霉(Mucor pusillus)602。在含有50—60％麸皮的半固体培养基中、起始pH 5．0-6．7,28℃,培养96小时,凝乳酶最高活力为17 000u／g麸皮。补加葡萄塘、蔗糖、硫酸铵、乳清粉均对酶的产生无显著影响。酶的凝乳活力与蛋白水解活力作用的最适温度均为65℃,此酶具有较高的凝乳活力对蛋白水解活力的比值,凝乳酶的pH意定范围为4-8,凝乳酶在60℃保温5分钟,活力完全丧失。以上性质对于干酪的制造是有利的。     

凝乳酶原Cys45-Cys50二硫键功能的研究

凝乳酶原突变体Cys45Asp/Cys50Ser包含体溶解所需的温度、时间、pH条件均与野生型一样,而且其氧化再折叠行为与野生型类似,在同样的复性条件下最终都能获得正确折叠可活化的分子.这与缺失Cys250-Cys283二硫键的突变体大不相同,说明Cys45-Cys50二硫键对凝乳酶原正确折叠的贡献小于Cys250-Cys283二硫键,但这对二硫键的缺失使假凝乳酶的热稳定性显著下降,说明此二硫键在稳定酶的空间构象中起重要作用、另外,突变体Cys45Asp/Cys50Ser假凝乳酶的水解蛋白酶活性(P)与凝乳活性(C)均较野生型低,但是其C/P值比野生型高1倍.     

枯草杆菌蛋白酶E基因多位点定点突变库的构建及其筛选

利用化学合成的15个寡聚核苷酸片段作为诱变引物,同时对枯草杆菌蛋白酶E(Subtilisin E或Apr E)基因进行体外突变,获得了合全部突变位点各种随机组合突变的突变库,通过点杂交法和DNA序列分析肯定了该突变库的可靠性.从突变库中选择一单点突变(Met222Ala)和3点突变(Asn76Asp/Asn109Ser/Ile205Cys)的基因进行克隆、表达和产物的酶学性质研究,发现其抗氧化性和热稳定性分别比野生型的有显著提高,与文献报道的一致.表明了该突变库在枯草杆菌蛋白酶工程研究中的应用价值.     

大肠杆菌碱性磷酸酶的体外定向进化研究

大肠杆菌碱性磷酸酶（E.coli alkaline phosphatase, EAP, EC 3.1.3.1）是一个非特异性二聚体磷酸单酯酶. 采用易错聚合酶链反应(error prone PCR)的方法,在原有高活力突变株的基础上,对EAP远离活性中心催化三联体的区域进行定向进化,经两轮error prone PCR,获得催化活力较亲本D101S突变株提高3倍、较野生型酶提高35倍的进化酶4-186,并对该酶的催化动力学特征进行了分析. 进化酶基因的DNA测序表明4-186含两个有义氨基酸置换：K167R和S374C,二者既不位于底物结合位点,也不位于酶的金属离子结合位点.     

枯草蛋白酶E的突变体

Ser236位于横贯枯草蛋白酶E的α螺旋末端,远离催化活性中心,Ser236的突变不会对酶的活性产生大的影响。用定点突变的方法对枯草蛋白酶E的基因进行改造引入Ser236Cys,可能会形成分子间二硫键,有利于提高酶的稳定性。Ser236Cys变体酶(BP1)活性是野生型蛋白酶E的15倍,热稳定性提高3倍;进一步在其他位点引入突变的变体酶BU1(A1a15Asp/Gly20His/Ser236Cys)和BW1(Ser24His/Lys27Asp/Ser236Cys)活性都比野生型蛋白酶E低,但BW1的稳定性稍高于野生型蛋白酶E。     

HPV16 变异体在新疆地区宫颈癌及癌前病变中的分布研究

目的:研究新疆地区HPV16 E6、E7、LCR基因突变情况,分析HPV16变异体在宫颈癌及癌前病变发生发展中的作用。方法:选择HPV16阳性的宫颈癌及癌前病变患者,提取基因组DNA,利用PCR扩增HPV16 DNA E6、E7基因及LCR区核苷酸片段,正反向测序。与HPV16基因序列分析比对,分析核苷酸突变位点。结果:E6基因突变率为80.00%(92/115)主要突变位点T350G(59.78%)、T178G(18.47%);E7突变率为54.78%(63/115),主要突变位点A647G(33.33%)、T846C(26.98%);LCR突变率为23.48%(27/115),主要突变位点为C24T(74.07%)、C13T(25.92%)。维吾尔族T350G突变率较汉族妇女显著升高,而汉族A647G、T846C、C24T突变率显著高于维吾尔族,差异具有统计学意义(P0.05)。维吾尔族宫颈癌组T350G突变率显著高于炎症组(P0.05),且随病变严重程度增加突变率上升,汉族T350G、A647G、T846C、C24T突变率炎症组、宫颈病变组显著高于宫颈癌组(P0.05),维吾尔族C24T突变率炎症组显著高于宫颈癌组(P0.05),差异均具有统计学意义(P0.05)。结论:HPV16E6、E7突变可能与宫颈病变进展有关,T350G突变可能是维吾尔族宫颈癌高发的原因之一。     

Q20L及G247D定点突变对葡萄糖异构酶酶活和最适pH的改善

用双引物法对GI基因进行体外定点突变,构建了突变体Q20L和G247D。含突变基因的重组表达质粒pTKD-GIQ20L及pTKDGIG247D在E.coli K38菌株中表达。纯化的突变酶与野生型酶相比：(1) GIQ20L的最适反应温度下降5℃,热稳定性为野生型酶的78%,对底物的亲和性增强;(2) GIG247D的酶活提高约33%,最适pH下降0.6个单位,但热稳定性降低。初步分析认为,Gln 20位于α0～α1螺旋之间,其亲水侧链被Leu的疏水侧链取代后,分子表面增强的疏水作用,反而不利于蛋白质的稳定,使GIQ20L的热稳定性降低。Gly247是酶活性中心β折叠(242～247aa)的最后一个残基。引入电负性极强的Asp后,可能改变分子的静电场分布,影响了活性部位的电荷传递过程,使GIG247D酶活提高。引入的电荷,可能改变活性中心可解离基团的pKa,使其最适pH下降。另外Asp247的侧链在周围空间结构中显得过于拥挤,易与其他侧链产生排斥,由此影响到β-折叠的稳定性,接近亚基结合面的Asp247,可能进一步影响到亚基间相互作用的稳定性,最终导致酶热稳定性的降低。GI酶活和最适pH的改善更利于工业生产。     

N13D、S40E点突变提高木聚糖酶XYNB的热稳定性

对来源于Streptomyces olivaceoviridis的高比活木聚糖酶XYNB进行同源建模和序列比较,设计了N13D、S40E的定点突变,以期改善中温酶XYNB的热稳定性。突变酶N13D、S40E分别在毕赤酵母中表达,经纯化后与野生型酶XYNB(同样经毕赤酵母表达后纯化)进行酶学性质比较,结果表明,突变酶N13D和S40E在70℃处理5min,热稳定性比XYNB分别提高了24.76%和14.46%;突变酶N13D的比活性比XYNB提高了22%。在其他性质方面突变酶N13D、S40E与野生型酶XYNB基本相似。通过对木聚糖酶XYNB的定点突变,提高了该酶的热稳定性,并为结构与功能的进一步研究提供了材料。     

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。     

黑曲霉纤维素酶突变子T-DNA插入位点的遗传分析及性质鉴定

采用羧甲基纤维素钠筛选培养基,对黑曲霉(Aspergillus niger)T-DNA突变子文库进行筛选,分离到一株纤维素酶分泌水平较低的菌株AN-108,为野生型菌株的83.3%。进一步测定该突变子固体发酵的纤维素酶活力,与野生型菌株相比没有明显差别,推测与固体发酵培养基中含有的天然糖类有关。在添加不同糖类的CMC-Na平板上培养该突变子,菌落周围均出现较明显的水解圈,结果显示糖类可能作为诱导物克服突变带来的影响。为了确定突变子AN-108中何种基因被阻断,采用反向PCR方法分析了T-DNA插入位点的序列,获得序列经过比对分析发现,该序列与黑曲霉An14g03730同源程度达90%,编码富含脯氨酸蛋白(proline-rich protein,PRP)。     

简单节杆菌3-甾酮-△1 -脱氢酶基因的克隆表达及定点突变研究

目的:将来源于简单节杆菌的3-甾酮-△~1-脱氢酶(3-ketosteroid-Delta(1)-dehydrogenase,KSDD)在大肠杆菌中进行表达,获得具有活性的脱氢酶;利用计算机预测KSDD的三级结构,并通过定点突变确定酶的关键位点以期优化脱氢酶的活性及性质。方法:克隆简单节杆菌编码KSDD的基因ksdd构建原核表达载体,以Escherichia coli BL21(DE3)为表达宿主构建重组菌并诱导表达,HPLC法检测重组酶催化4-AD脱氢的转化率;通过SWISS-MODEL同源建模分析KSDD结构,对预测的催化关键位点氨基酸残基进行定点突变并研究突变后重组酶的活性变化。结果:成功构建了表达脱氢酶KSDD的重组菌E.coli pET-22-ksdd,21℃下诱导表达后,重组酶对4-AD的转化率为27%;通过SWISS-MODEL同源建模预测出脱氢酶结构并对4个关键位点进行定点突变设计,获得突变子Y120R、Y320L、Y488F和G492Y。突变子Y120R和Y488F失活,证明其为酶的活性位点;突变子Y320L的转化率与野生型基本一致,但37℃反应条件下稳定性有所提高;突变子G492Y对4-AD的转化率是野生型的1.2倍,37℃条件下稳定性有所提高,是突变后氨基酸位点疏水性增加和周围静电作用改变所导致。结论:目前对简单节杆菌3-甾酮-△~1-脱氢酶结构分析及催化机理相关的研究较少,本研究验证了KSDD的活性位点,优化了酶的稳定性,为进一步对酶的性质进行定向改造打下了基础。     

V1C、G116D、N171H定点突变对黑曲霉(Aspergillus niger)XZ-3S木聚糖酶XynZF-2热稳定性的影响

[目的]探索V1C、G116D、N171H定点突变对木聚糖酶Xyn ZF-2热稳定性的作用。[方法]生物信息学方法确定木聚糖酶Xyn ZF-2可突变位点,引入Cys、Asp、His;定点突变V1C、G116D、N171H,PCR扩增突变基因xyn CDH,构建大肠杆菌表达载体,转化表达宿主大肠杆菌BL21(DE3),诱导表达目的蛋白并测定酶活,分析酶学性质。[结果]突变酶Xyn CDH的最适温度由40℃上升到45℃。40℃条件下突变酶Xyn CDH半衰期t40℃1/2由55 min延长到60 min;在45℃条件下,突变酶Xyn CDH的半衰期t45℃1/2由7min提高到15 min。[结论]定点突变V1C、G116D、N171H能增强木聚糖酶Xyn ZF-2热稳定性,为加深木聚糖酶分子改造的研究提供参考。     

定点突变技术提高β-葡萄糖苷酶活性

β-葡萄糖苷酶(Bgl)是纤维素水解过程中的限速关键酶。提高Bgl的酶活,对于增强纤维素酶水解力有着十分重要的作用。本研究根据3D同源模建及分子对接,预测分析活性中心,利用定点突变做出针对性的改造。对来源于米曲霉的β-葡萄糖苷酶基因进行六个位点的定点突变,并将其在大肠杆菌中进行了突变基因的高效表达。经IPTG诱导后,分离纯化并进行酶学性质分析,获得酶活力提高的两个突变位点(Asn~(347)Ser,Gly~(235)Met),结果表明N~(347)S和G~(235)M位点的突变使酶的比活力显著提高,比原始酶活分别提高了43.1%和14.7%。这一研究为进一步提高β-葡萄糖苷酶活性研究提供一定的理论依据。     

凝乳酶β-转角突变体的构建、表达和性质分析

为了阐明牛凝乳酶的第二个发夹结构中的Ⅵ型β-转角的功能,利用基因突变技术,将该转角的氨基酸残基(Leu20-Gly21-The22-Pro23-Pro24-Gln25)改为(Leu20-Gly-Gly-Gln25)、(Leu20SerGlyGln25)或(Leu20GlySerGln25),得到3个突变牛凝乳酶原表达质粒Pmcgg,Pmcsg和Pmcgs。除Pmcgs不能在大肠杆菌中表达外,Pmcgg和Pmcsg均能以包含体的形式进行表达,且表达水平与野生型相当。像野生型凝乳酶原一样,Pmcgg和Pmcsg的表达产物经过变性复性,均能自活化为假凝乳酶,而且复性后的酶原突变体在DEAESepharose CL6B上的柱行为与野生型相类似,但突变体假凝乳酶的凝乳及水解酪蛋白活性均明显低于野生型。说明突变对酶原的折叠影响较小,但对酶的催化效率影响较大。     

枯草杆菌蛋白酶E的156和165位突变

应用定点突变方法,在M222A突变的枯草杆菌蛋白酶E基因上进行E156S和V165I定点突变. 将突变基因插入大肠杆菌-枯草杆菌穿梭质粒pBE-2中,在碱性和中性蛋白酶缺陷型的枯草杆菌DB104中进行表达,得到突变种(M222A,E156S)和(M222A,E156S,V165I)蛋白酶E. 性质测定表明,E156S突变使蛋白酶比活力增加90%,并不影响酶的热稳定性和抗氧化性. 而V165I突变使蛋白酶比活力降低.     

Myxococcus sp.V11海藻糖合酶TreS Ⅱ分子改造

来源于黏细菌Myxococcus sp. V11的海藻糖合酶(trehalose synthase,EC 2. 4. 1. 245) TreS Ⅱ可通过转糖苷作用将麦芽糖转化成为海藻糖,在酶法生产海藻糖上显示出一定的应用潜力,但TreS Ⅱ对热敏感,在60℃保温3h,酶活性丧失,限制了其应用范围。目的:拟探索TreS Ⅱ影响热稳定性的氨基酸残基构成,通过对可能的氨基酸位点进行定点突变,以期获得耐热性的突变子,扩大TreS Ⅱ应用范围。方法:通过PCR介导的方法对TreS Ⅱ可能影响到热稳定性的氨基酸Q3、A283、W374、R449和Y537进行定点突变,以野生型重组酶为对照,比较突变型与野生型的最适反应温度和最适反应pH,通过测定不同温度下保存不同时间后的残留酶活,检测突变子的耐热效果。结果:研究表明突变子Q3D、A283R、W374D、R449Q和Y537H的比酶活与野生型无显著差异,且最适pH和最适反应温度也未发生改变; A283R、Y537H在60℃条件下,3h后活性剩余68%; Q3D、W374D、R449Q在温度60℃时,3h后活性剩余35%。结论:TreS Ⅱ分子结构中与金属离子结合的几个氨基酸残基的改变对蛋白质分子的耐热性具有显著影响。     

鸭FTO基因多态位点筛选和生物信息学分析

为挖掘FTO基因的SNP,为今后进一步研究该基因遗传变异奠定基础。本研究以樱桃谷鸭为试验对象,构建DNA池,对第2外显子、第4外显子和第5外显子直接测序,筛选与脂质性状相关的SNP位点。结果表明:FTO基因存在2个SNPs位点突变,在第5外显子发现1个SNP位点突变,另外一个在g.33942位点处,碱基A突变为碱基G,引起天冬氨酸(GAT)变为甘氨酸(GGT),在g.33781位点处,存在碱基T和A的突变(在内含子处,没有引起氨基酸的改变);RNA二级结构的最小自由能由-475.50 kcal/mol变为-477.40 kcal/mol。蛋白质二级结构分析发现,突变前后,α螺旋、β转角、延伸链和自由卷曲数值均有所改变。其中,α螺旋所占比例有所下降,但比重仍为最大,自由卷曲数量由原来的186个减少到185,比例由33.27%减少32.09%。突变前后多态位点导致FTO基因编码的蛋白三级结构也有所改变。FTO基因筛选出的SNP位点,引起RNA二级结构甚至是其编码的蛋白质结构的改变,可能进一步引起功能的改变。     

拟南芥谷胱甘肽S-转移酶Zeta类进化酶的获得及其特性分析

拟南芥谷胱甘肽S-转移酶Zeta类(AtGSTZ)是一种与细胞代谢和环境净化密切相关的多功能酶.应用易错PCR和多轮DNA洗牌技术构建了AtGSTZ随机突变文库;再利用pH指示剂颜色改变法对突变文库进行筛选,获得了9个二氯乙酸脱氯活性提高的突变子.其中,NN23含25个氨基酸突变,比活力提高120%,NN20含24个氨基酸突变,比活力提高102%,EC1含2个氨基酸突变,比活力提高47%,其他6个为单点突变,比活力分别提高9%～60%.酶学分析显示,所有进化酶对底物二氯乙酸的催化效率和对谷胱甘肽的亲和力以及个别进化酶的复性能力都得到不同程度的提高,但热稳定性均没有明显改善.同时,对一系列与AtGSTZ空间折叠及催化活性相关位点进行了讨论.     

Myxococcus sp.V11海藻糖合酶TreS II分子改造 *

来源于黏细菌Myxococcus sp.V11的海藻糖合酶(trehalose synthase, EC 2.4.1.245)TreS II可通过转糖苷作用将麦芽糖转化成为海藻糖,在酶法生产海藻糖上显示出一定的应用潜力,但TreS II对热敏感,在60℃保温3h,酶活性丧失,限制了其应用范围.目的:拟探索TreS II影响热稳定性的氨基酸残基构成,通过对可能的氨基酸位点进行定点突变,以期获得耐热性的突变子,扩大TreS II应用范围.方法: 通过PCR介导的方法对TreS II可能影响到热稳定性的氨基酸Q3,A283,W374,R449和Y537进行定点突变,以野生型重组酶为对照,比较突变型与野生型的最适反应温度和最适反应pH,通过测定不同温度下保存不同时间后的残留酶活,检测突变子的耐热效果.结果: 研究表明突变子Q3D,A283R,W374D,R449Q和Y537H的比酶活与野生型无显著差异,且最适pH 和最适反应温度也未发生改变;A283R,Y537H在60℃条件下,3h后活性剩余68%;Q3D,W374D,R449Q在温度60℃时,3h后活性剩余35%.结论: TreS II分子结构中与金属离子结合的几个氨基酸残基的改变对蛋白质分子的耐热性具有显著影响.