枇杷4-香豆酸CoA连接酶的某些特性

以枇杷品种‘解放钟’果实为试材,用硫酸铵分级盐析方法提取4-香豆酸CoA连接酶,其最适温度为10和40℃,40和10℃下的热稳定性较好;最适pH为8．0且较稳定;最适底物为咖啡酸。     

大肠杆菌高密度发酵表达4-羟基苯乙酸酯3-羟化酶及咖啡酸的高效生物合成

来源于大肠杆菌的4-羟基苯乙酸酯3-羟化酶(4-hydroxyphenylacetate 3-hydroxylase,4HPA3H)可以催化对香豆酸生物合成咖啡酸。为了实现4HPA3H的扩大生产和咖啡酸的高效生物合成,首先构建过表达4HPA3H的大肠杆菌工程菌,其次使用5 L发酵罐进行高密度发酵生产4HPA3H,再而优化采用工程菌株进行全细胞催化产咖啡酸的条件。最终实现了在5 L发酵罐中发酵,工程菌株生物量达到干重34.80 g/L。通过使用5 L发酵罐作为生物反应器进行全细胞催化,经过6 h的催化可产生18.74 g/L (0.85 g/(L·OD₆₀₀))咖啡酸,摩尔转化率为78.81%,是目前文献报道4HPA3H以对香豆酸为底物合成咖啡酸的最高水平。初步实现了高密度培养大肠杆菌表达4HPA3H并高效生物合成咖啡酸,为工业化生产奠定了基础。     

产绿原酸内生菌细胞色素P450基因的克隆和功能研究

以一株产绿原酸的内生枯草芽孢杆菌为基础,对其绿原酸途径的关键酶基因进行克隆和功能研究。克隆该内生菌的细胞色素P450基因并进行原核表达,对重组蛋白进行肉桂酸羟基化酶(C4H)酶活测定。结果显示,从内生菌中克隆了4个细胞色素P450酶系基因并进行了原核表达,其中P-4重组蛋白具有C4H活性,产生的香豆酸与LC-MS检测的结果一致,该酶的最适温度范围较宽,产物香豆酸对该酶有抑制作用。该内生菌可能利用其细胞色素P450酶系作为C4H的同工酶从而将产物导入绿原酸合成途径。     

红背山麻杆叶的化学成分研究(Ⅰ)——酚酸类及相关化合物

采用80%丙酮提取石油醚萃取部位,利用凝胶、MCI及Toyopearl Butyl-650C柱色谱进行分离纯化得到10个酚酸类及相关化合物。根据化合物的波谱数据分析鉴定为水杨酸(1)、对羟基苯甲酸(2)、2,5-二羟基苯甲酸(3)、3,4-二羟基苯甲酸(4)、反-对香豆酸(5)、顺-对香豆酸(6)、咖啡酸(7)、咖啡酸甲酯(8)、没食子酸(9)、没食子酸甲酯(10)。其中化合物1~8、10均为首次从本属植物中分离得到。     

3-(4-羟基苯基)丙酸在酿酒酵母中的生物合成

3-(4-羟基苯基)丙酸(HPPA)是一种芳香类化合物,作为中间体主要应用于医药、食品、化学领域,具有重要的经济价值。旨在实现HPPA在酿酒酵母中的从头合成,通过在酿酒酵母中过表达约氏黄杆菌来源的酪氨酸转移酶(Fj TAL)、拟南芥来源的对香豆酰辅酶A连接酶(At4CL),同时利用酿酒酵母BY4742自身来源的超长链烯酰辅酶A还原酶(Sc TSC13)、硫酯水解酶,实现了在酿酒酵母中从头合成HPPA,产量约为70 mg/L左右。在以4 mmol/L酪氨酸为前体、半乳糖诱导Fj TAL过表达、30℃发酵培养72 h的条件下,约36%的酪氨酸转化生成对香豆酸;在以4 mmol/L对香豆酸或咖啡酸为前体,半乳糖诱导At4CL过表达,同时利用酵母内源Sc TSC13、硫酯水解酶,30℃发酵培养72 h的条件下,约94%的对香豆酸被还原成HPPA,约91%的咖啡酸被还原成3,4-二羟基苯丙酸(DHPPA),为进一步生物合成HPPA及其衍生物奠定了基础。     

高活性酪氨酸解氨酶的表征及其在对香豆酸生物合成中应用

对香豆酸(p-coumaric acid)具有抗菌、抗氧化和预防心血管疾病的作用,也是许多重要化合物的前体或中间体,被广泛应用于食品、化妆品和医药等领域。酪氨酸解氨酶(tyrosine ammonia-lyase,TAL)能直接催化酪氨酸脱氨生成对香豆酸。然而,缺少高活性和高底物耐受性的酪氨酸解氨酶限制了对香豆酸的高效生物合成。为了提高对香豆酸的合成能力,本研究挖掘了2个黄杆菌来源的酪氨酸解氨酶,分别是柱状黄杆菌(Flavobacterium columnare)来源的Fc-TAL2和顺天黄杆菌(Flavobacterium suncheonense)来源的Fs-TAL。异源表达纯化表征分析显示,Fc-TAL2和Fs-TAL的最适温度和最适pH相同,分别为55℃、pH9.5。在最适条件下,Fs-TAL的比酶活为82.47U/mg,而Fc-TAL2的比酶活为13.27U/mg。结构模拟和比对分析显示,内盖环上保守的Y50残基酚羟基朝向和到底物的距离是造成Fs-TAL活性高于Fc-TAL2的主要原因。全细胞催化研究进一步证实Fs-TAL具有较高活性和特异性,能够催化10g/L酪氨酸生成6.2g/L对香豆酸,产率达到67.9%。该研究丰富了酪氨酸解氨酶的酶资源,促进了对香豆酸及其衍生物的生产。     

产对香豆酸酿酒酵母工程菌株的构建与优化

对香豆酸是黄酮类、芪类等天然活性化合物的重要前体,在生物医药、食品等行业应用广泛。与传统植物提取和化学合成相比,微生物合成对香豆酸因其具有生产周期短、转化效率高等优势而得到广泛关注。为构建高产对香豆酸酵母工程菌株,以酿酒酵母为出发菌,通过敲除酪氨酸合成竞争路径基因ARO10和PDC5,突变芳香族氨基酸合成调控基因ARO4~(K229L)与ARO7~(G141S)、解除酪氨酸负反馈抑制、并整合酪氨酸解氨酶FjTAL,获得的工程菌C001对香豆酸产量为296.73 mg/L。为进一步提高对香豆酸合成前体积累,分别敲除8个与氨基酸、糖类等转运相关基因并强化糖异生途径,分析其对对香豆酸积累的影响。结果表明,敲除GAL2及过表达EcppsA,对香豆酸产量提高至475.11 mg/L。最后,分析了FjTAL蛋白锚定至酵母液泡对产物积累的影响,结果表明其定位液泡后对香豆酸产量明显提升,达到593.04mg/L。通过强化前体物供应,阻断竞争旁路途径,利用亚细胞定位等策略有效提高对香豆酸产量,为后续黄酮类及芪类化合物的合成提供高效平台菌株,具有重要的应用前景。     

苦碟子中对香豆酰转移酶基因克隆分析与功能验证

苦碟子含有绿原酸等多种酚酸类化合物,该类化合物具有抗氧化和清除自由基等生物活性。对香豆酰转移酶(Hydroxycinnamoyltransferase,HCT)是此类化合物生物合成途径中的关键酶。本研究以苦碟子叶片为实验材料,采用转录组测序、序列分析以及RT-PCR的方法,获得一条对香豆酰转移酶基因,命名为IsHCT(GenBanK:MH151086)。序列分析表明该基因长1 320 bp,编码439个氨基酸。通过氨基酸序列比对及生物信息学分析发现,IsHCT氨基酸序列含有两个保守结构域,属于BAHD家族中的HCT酶类。系统发育进化树结果表明,该序列与菊苣的CiHCT的同源性最高,序列相似性高达95%。通过在大肠杆菌中过表达IsHCT和来源于拟南芥的对香豆酰辅酶A连接酶(At4CL),并在发酵培养基中饲喂底物咖啡酸和奎尼酸,在发酵液中检测到绿原酸的合成,表明IsHCT能够催化咖啡酰辅酶A与奎尼酸合成绿原酸,具有对香豆酰转移酶功能。     

薏苡糠壳的化学成分及其种子萌发活性研究

为了解薏苡(Coixlachryma-jobi)糠壳的化学成分,利用多种柱色谱技术对其乙醇提取物乙酸乙酯萃取部位进行分离,经波谱数据分析鉴定了15个化合物,分别为香豆酸(1)、香豆酸甲酯(2)、2-羟乙基-香豆酸酯(3)、咖啡酸甲酯(4)、阿魏酸甲酯(5)、(E)-3-(4-甲氧基苯基)丙烯酸(6)、2,3-二羟基-1-(4-羟基-3-甲氧基苯基)-1-丙酮(7)、2,3-二羟基-1-(4-羟基-3,5-二甲氧基苯基)-1-丙酮(8)、对羟基苯甲酸(9)、3-羟基-4-甲氧基苯甲酸(10)、1,3,5-三甲氧基苯(11)、methyl (3-hydroxy-2-oxo-2,3-dihydroindol-3-yl)-acetate (12)、尿囊素(13)、2-(2-羟乙基)-3-甲基反丁烯二酸(14)和油酸(15),其中化合物3、7、12、13和14为首次从薏苡中分离得到。活性测试结果表明,化合物1、2、9、10和11对种子萌发具有较强的抑制作用。     

产对香豆酸酿酒酵母菌株的构建及优化

对香豆酸(p-coumaric acid)作为苯丙素类物质、芪类物质及黄酮类物质的重要前体化合物,在生物医药、化妆品及食品工业中均有广泛的应用价值。以酿酒酵母作为底盘菌株,利用合成生物学原理构建一株高产对香豆酸的人工酵母细胞。通过对比不同拷贝数的酪氨酸解氨酶(tyrosine ammonia lyase)合成的对香豆酸产量,发现随着基因拷贝数的增加对香豆酸的产量也相应提高;同时对酪氨酸的负反馈调控相关的蛋白质进行氨基酸定点突变得到Aro4pK229L和Aro7pG141S,利用delta位点将突变后的基因整合至酵母基因组,并挑取24株构建成功的酵母细胞进行发酵验证,发现菌株最高产量与最低产量相差28.87mg/L;为了进一步增加对香豆酸的代谢通量,对生成芳香醇类物质的旁路基因ARO10和PDC5进行敲除,发现同时敲除两个基因的菌株对香豆酸的产量最高,是敲除前产量的2.05倍(从42.71mg/L到87.56mg/L)。此外,通过设计前体酪氨酸的梯度添加实验,发现当添加1mmol/L的酪氨酸时,对香豆酸产量达到峰值(174.57±0.30)mg/L,相较于未添加时提高了将近1倍。通过运用合成生物学原理在酿酒酵母中实现了对香豆酸的高产,为后续的芪类化合物和黄酮类化合物生物合成奠定了基础。     

His-234是毛白杨对香豆酸 ∶ CoA连接酶的重要酶催化活性残基

对香豆酸∶CoA连接酶(4-coumarate: coenzyme A ligase,4CL)是植物苯丙烷类代谢途径中的一个重要的酶．4CL以肉桂酸衍生物(香豆酸、咖啡酸、阿魏酸等)、ATP和CoA为底物合成相应的酰基-CoA酯,这些酰基-CoA酯是一系列重要化合物(如木质素)的前体．4CL的酶催化反应分两步进行：第一步以肉桂酸衍生物和Mg² -ATP为底物合成酰基-AMP,第二步用CoA取代AMP,产生酰基-CoA酯,催化过程中酶的构象产生明显的变化．因为4CL在木质素的合成中所起的作用,这个酶是通过蛋白质工程方法改进林产品质量的重要靶标．我们通过X射线衍射技术,解析了毛白杨对香豆酸∶CoA连接酶1(Pt4CL1)与其中间产物对香豆酰-AMP的复合物晶体结构,与同家族成员结构比对,确定所获得的蛋白质结构为Pt4CL1催化第二步反应,即酰基-CoA酯合成的构象．结构分析表明：His-234残基在Pt4CL1的酶催化机理中起着多重作用,即通过侧链与AMP磷酸基团形成氢键,降低磷酸基团的负电荷,催化CoA的亲核取代反应;侧链可以采取两种不同的构象以调节CoA进入Pt4CL1的催化中心;His-234的侧链还可能夺取CoA巯基的质子,从而增强CoA的亲核反应活性．突变体酶活数据结果也显示His-234对Pt4CL1的活性非常重要,是Pt4CL1催化中心的活性残基．     

壮药一匹绸根茎的化学成分

采用硅胶柱层析、Sephadex LH-20柱层析及HPLC色谱技术对壮药一匹绸根茎化学成份进行分离和纯化,从其石油醚部位和乙酸乙酯部位分离并鉴定了15个化合物,分别鉴定为东莨菪亭(1)、东莨菪苷(2)、橙黄胡椒酰胺(3)、N-反式-p-香豆酰基酪胺(4)、咖啡酸(5)、咖啡酸甲酯(6)、咖啡酸乙酯(7)、水杨酸(8)、3,7-二羟基-5,4'-二甲氧基黄酮(9)、木栓酮(10)、表木栓醇(11)、十六烷酸(12)、十六烷酸甘油酯(13)、β-谷甾醇(14)、胡萝卜苷(15)。其中,化合物1~13为首次从该植物中分离得到。     

婆婆针的化学成分

婆婆针（ＢｉｄｅｎｓｂｉｐｉｎｎａｔａＬｉｎｎ）是具有清热解毒功能的民间药用植物,从婆婆针的地上部分分离鉴定了３个苯丙素甙类化合物,４－Ｏ－（６″－Ｏ－对香豆酰基－β－吡喃葡萄糖）－对－香豆酸（１）,４－Ｏ－（２″－Ｏ－乙酰基－６″－Ｏ－对－香豆酰基－β－Ｄ－吡喃葡萄糖）－对－香豆酸（２）及４－Ｏ－（２″,４″－Ｏ－二乙酰基－６″－Ｏ－对－香豆酰基－β－Ｄ－吡喃葡萄糖）－对－香豆酸（３）,其中（３     

大头艾纳香化学成分的研究

利用硅胶柱色谱、Sephadex LH-20柱色谱等手段从大头艾纳香(Blumea megacephala(Randeria)Chang etTseng)全草中分离得到13个化合物,根据化合物的理化性质和光谱数据分别鉴定为无羁萜(1)、小麦黄素(2)、豆甾醇二十六烷酸酯(3)、豆甾醇十八烷酸酯(4)、α-香树脂醇(5)、α-香树脂醇乙酸酯(6)、β-香树脂醇乙酸酯(7)、β-谷甾醇(8)、豆甾醇(9)、β-胡萝卜苷(10)、二十七烷醇(11)、十六烷酸(12)和二十四烷酸(13)。所有化合物均为首次从大头艾纳香中分离得到。     

荫风轮的化学成分研究（Ⅰ）

从荫风轮的地上部分分离到4个成分(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ)。经UV,IR,~1HNMR,~(13)CNMR,MS及化学方法鉴定了它们的结构,分别是香蜂草甙,柚皮素,洋芹素及香豆酸,均为首次从该种植物中获得。     

银合欢豆荚中的酚类化学成分

为探讨银合欢(Leucaena leucocephala)的化学成分,从银合欢豆荚乙醇提取物中分离得到7个酚类化合物,经过波谱分析,鉴定为原儿茶酸乙酯(1)、丁香酸(2)、3-羟基-1-(3-甲氧基-4-羟基苯基)丙烷-1-酮(3)、咖啡酸甲酯(4)、(Z)-对香豆醛(5)、3-甲氧基-4-羟苯丙烷-7,8,9-三醇(6)、愈创木基甘油-8-O-4′-芥子醇醚(7)。所有化合物均为首次从该植物中分离得到。化合物1对大肠杆菌和鼠伤沙门氏菌有一定的抑制活性。     

光照对沙芥种子萌发中生理生化指标的影响

以沙芥种子为实验材料,以24h黑暗处理为对照,研究了光照对其萌发过程中主要贮藏物质、内源激素和酚酸类物质含量的影响。结果表明：光照处理的沙芥种子的萌发指标均明显低于黑暗处理,且萌发过程中脂肪和淀粉的降解、淀粉酶活性、可溶性糖的增加也显著低于黑暗处理;在萌发的前2d,光照处理的种子ABA、酚酸类物质总量、没食子酸、对羟基苯甲酸、咖啡酸、香豆酸和肉桂酸含量均高于黑暗处理。     

小花清风藤叶的化学成分研究

对于小花清风藤的化学成分和药理作用的研究目前较少报道,为了阐明小花清风藤的物质基础,该研究对小花清风藤(Sabia parviflora)的干燥叶,采用反复硅胶柱色谱、Sephadex LH-20柱色谱、制备薄层色谱及重结晶等手段进行分离纯化,运用化学分析和波谱学方法鉴定化合物的结构。结果表明:从小花清风藤干燥叶的甲醇超声提取物中进行分离共得到12个化合物,分别为N-反式阿魏酰酪胺(1)、N-顺式阿魏酰酪胺(2)、N-反式-对-香豆酰酪胺(3)、N-顺式-对-香豆酰酪胺(4)、N-反式-对-香豆酰章鱼胺(5)、N-顺式-对-香豆酰章鱼胺(6)、阿魏酸(7)、芹菜素(8)、木犀草素(9)、咖啡酸(10)、5-氧阿朴菲碱(11)、齐墩果酸(12)。其中,化合物2、4-9为首次从清风藤属植物中分离得到,化合物1、3、10为首次从该植物中分离得到。     

大肠杆菌中从头合成白藜芦醇途径的设计及优化

白藜芦醇是一种极具药用价值的植物源芪类化合物。为了在E. coli实现白藜芦醇的从头合成,构建了由酪氨酸解氨酶（TAL）,香豆酸-CoA合成酶（4CL）和白藜芦醇合成酶（STS）组成的非天然合成途径。经3天发酵后,白藜芦醇产量仅为2.67 mg/L,而其中间体香豆酸的积累达到了95.64 mg/L。为了进一步改善异源途径的效率,对4CL和STS模块采取融合表达、高拷贝表达及启动子工程改造的策略,最终使白藜芦醇产量提高到了9.6倍,达到了25.76 mg/L,同时香豆酸的积累减少到了20.38 mg/L。这些研究结果为更高效白藜芦醇从头合成工程菌的构建及最终实现白藜芦醇的微生物大规模生产奠定了基础。     

大肠杆菌中从头合成白藜芦醇途径的设计及优化

白藜芦醇是一种极具药用价值的植物源芪类化合物。为了在E.coli实现白藜芦醇的从头合成,构建了由酪氨酸解氨酶(TAL),香豆酸-CoA合成酶(4CL)和白藜芦醇合成酶(STS)组成的非天然合成途径。经3天发酵后,白藜芦醇产量仅为2.67 mg/L,而其中间体香豆酸的积累达到了95.64 mg/L。为了进一步改善异源途径的效率,对4CL和STS模块采取融合表达、高拷贝表达及启动子工程改造的策略,最终使白藜芦醇产量提高到了9.6倍,达到了25.76 mg/L,同时香豆酸的积累减少到了20.38 mg/L。这些研究结果为更高效白藜芦醇从头合成工程菌的构建及最终实现白藜芦醇的微生物大规模生产奠定了基础。