工业环境下酶蛋白的催化行为与适应性改造研究进展

酶在工业上有着广泛应用和巨大潜力,但工业生产中高温、强酸/碱、高盐、有机溶剂和高底物浓度等条件仍然制约着酶的大规模应用。为使酶能更好地在工业环境下发挥催化作用,目前的主要策略是对酶进行适应性改造(如理性或半理性设计、定向进化、固定化等)。文中简要阐述了酶在工业环境下的催化行为以及近年对其适应性改造的研究进展,以期为酶的适应性改造提供参考。     

组织激肽释放酶相关肽酶的作用和治疗潜力的研究进展

组织激肽释放酶家族由15种分泌型丝氨酸蛋白酶组成,是由人类基因组中最大的蛋白酶基因簇编码。在过去10年间,关于激肽释放酶的底物、内源性抑制剂以及在体内功能方面的研究已取得巨大进步。研究表明,这些蛋白酶在不同组织中具有病理生理学作用,并且目前认为激肽释放酶是研发气道、心血管、牙齿、皮肤和肿瘤疾病新型药物的潜在靶点。因此,阐述激肽释放酶生理功能和病理意义方面认识的新进展,并了解鉴定激肽释放酶抑制剂中的进步,有助于我们在特定疾病环境下更好地靶向激肽释放酶。     

一种快速获得基因密码子偏爱性改造的方法-SOE-PCR

SOE-PCR采用具有互补末端的引物,使PCR产物形成重叠链,在不需要内切酶消化和连接酶处理的条件下实现DNA片段的拼接,能够高效、快速地实现基因的定点突变。应用SOE-PCR原理成功地实现了对几丁质酶基因chi58的5个位点的突变,构建了几丁质酶基因密码子偏爱性改造突变体-chi58A。实验证明,SOE-PCR具有简捷、快速、高效的优点。扩增过程中未引入其他突变,获得的chi58A突变体基因片段可以用于后续的分子克隆。     

反胶束萃取酶蛋白的研究进展

反胶束萃取是一项新的分离技术,不仅具有高选择性,而且不易使酶蛋白失活,在提取纯化生物活性物质方面具有巨大的工业应用潜力。本文综述了近年来该方面研究的新进展。     

溶葡球菌酶高效表达与应用

溶葡球菌酶(lysostaphin,Lys)是采用基因克隆技术使溶葡球菌酶基因实现外源表达所产生的蛋白质。它是Zn2+依赖的金属蛋白酶,具有肽链内切酶活性,能专一性地水解葡萄球菌细胞壁Gly五肽桥联,使金黄色葡萄球菌(特别是MRSA)细胞壁破裂,达到溶菌杀菌作用,而不产生耐药性。作为一种抗菌剂,在兽药与临床等领域具有巨大的应用潜力。综述对溶葡球菌酶的来源、作用机制、不同表达系统及前景与展望进行综述。     

疾病治疗及药物制备用酶的研究进展

生物技术的发展及对疾病机理的深入研究,使酶逐步应用于疾病治疗。与此同时,以酶作为催化剂制备非天然有机化合物具有反应条件温和、催化效率高、特异性高、选择性强、副反应少等优点。因而,酶也在药物制造方面展现了巨大潜力。此外,基因工程、酶化学修饰和固定化技术的应用进一步改善了酶的功能。基于此,文中结合本课题组的相关研究,综述了近年来酶作为药物用于疾病治疗及作为催化剂用于药物制造的研究进展,并对其存在的问题提出了相应的解决办法,最后对酶在医药领域的应用前景进行了展望。     

代谢工程改造异养微生物固定CO2研究进展

环境保护和能源供应是人类关心的两大问题。能源消耗释放出的温室气体对环境造成了严重影响。利用CO_2固定途径可将CO_2转化成燃料或化学品。天然固碳生物通常存在生长缓慢、固碳效率低等问题。通过在模式微生物中增强或重构CO_2固定途径,实现CO_2的再循环,可提高燃料或化学品的产量,减少温室气体排放。文中详细介绍了通过代谢工程手段改造CO_2固定途径改善化学品生产以及糖合成,阐述了相关代谢途径及其中的关键酶在CO_2固定中的作用,介绍了电生化合成系统的应用,显示出CO_2固定的巨大潜力,并展望了未来CO_2固定的研究方向。     

代谢工程改造酿酒酵母提高法尼醇产量

【目的】法尼醇(FOH,C_(15)H_(26)O)是一种具有芳香气味的非环状倍半萜醇,被广泛应用于化妆品和医学药物的工业化生产,也可作为航空燃料的理想替代品。具有食品级安全性的酿酒酵母细胞能够合成内源性法尼醇,但其产量很低,无法满足工业生产的需要。因此,需要采用代谢工程手段,改造法尼醇合成途径,以有效提高法尼醇在酿酒酵母中的产量。【方法】以酿酒酵母工业菌株CEN.PK2-1D为底盘细胞,强化甲羟戊酸途径中关键酶的表达水平和弱化麦角固醇合成分支途径,以提高法尼醇合成所需的直接前体物质法尼基焦磷酸(FPP);并分别表达催化FPP合成法尼醇的五种内源磷酸酶和两种异源合酶,筛选能高效合成法尼醇的磷酸酶或合酶。【结果】通过在CEN.PK2-1D(法尼醇产量0.1mg/L)中强化表达甲羟戊酸途径中截短形式的HMG-CoA还原酶(tHMGR1)和FPP合酶(ERG20),使法尼醇产量提高约50.8倍,达到5.08 mg/L;使用HXT1启动子替换鲨烯合酶编码基因ERG9启动子以下调其表达水平,使法尼醇产量进一步提升47.1倍,达到239.17 mg/L。在此基础上,筛选发现,表达酿酒酵母内源性磷酸酶PAH1时,获得最高产量法尼醇,达到393.13 mg/L。【结论】采用代谢工程策略对酿酒酵母法尼醇合成途径进行改造,有效提高法尼醇产量至393.13 mg/L,为目前报道的在酿酒酵母中摇瓶培养条件下的最高产量。     

综述与专论: 纳米酶在疾病治疗中的最新进展

纳米酶是具有酶催化活性的纳米材料,对比天然酶,纳米酶具有价格便宜、制备工艺简单、稳定性好、循环利用率高等优势.早期的纳米酶研究主要集中在检测方面,包括检测离子、小分子、核酸、蛋白、癌细胞等,随着对纳米酶的深入了解,研究人员发现纳米酶在疾病治疗领域也具有巨大的应用前景.本论文将介绍纳米酶在杀菌、抗氧化研究领域的最新研究进展.     

生物催化中酰胺酶立体选择性的影响因素

立体选择性酰胺酶是一种重要的手性合成工具酶,在制备手性羧酸及其衍生物方面具有广阔的应用前景,日益受到重视。在酰胺酶的应用中,其立体选择性影响巨大。从底物、反应温度、pH、添加共溶剂和微生物来源5个方面综述了其对酰胺酶立体选择性的影响,对提高酰胺酶的立体选择性,扩大其在制备光学活性化合物领域的应用具有重要的意义。     

CYP116B家族单加氧酶的发现、表征及分子改造研究进展

CYP116B家族单加氧酶属于细胞色素P450单加氧酶的第IV家族,能够催化包括羟化、硫醚氧化、O-脱烷基、N-脱烷基和环氧化等在内的多种类型反应,具有广阔的应用前景。近年来,多个CYP116B家族成员酶的发现、分子改造及底物谱拓展使人们对它的酶学性质有了更为深入的理解,为开发新型具有工业应用潜力的CYP116B家族成员酶提供了研究基础。本文中,笔者主要从CYP116B家族单加氧酶的发现、表征、分子改造及结构功能关系等方面综述CYP116B在生物催化领域的研究进展。     

酶的酰胺化作用一步法

<正> 美国 Unigene 实验室发现一种酶,这种酶能够迅速有效地使肽的羧基终端酰胺化。细菌和酵母不能使蛋白质酰胺化,但许多重要的人类蛋白,包括降血钙素、生长激素释放因子、促皮质素释放因子、胰酶分泌素和其它神经肽和胃肽。(可以通过 rDNA 来制造),需要酰     

微生物脂酶及其在环境生物技术领域中的应用

脂酶是生物体内脂类物质 (三酰甘油脂 )生物转化过程中不可缺少的催化剂。除其生物学意义外 ,脂酶在食品加工、生物医学、化工及环境保护等众多领域中有着巨大的应用前景。脂酶具有在液相和非液相 (即有机相 )界面间起催化作用的独特性能 ,使其与酯酶不同。脂酶界面激活的概念源自以下事实 ,即脂酶的催化活性通常依赖于底物的聚集状态。可以认为脂酶的激活涉及到酶的活性部位的暴露和结构变化 ,这种变化需要在有水包油液滴存在下通过构象的改变来实现。脂酶的活性与反应体系的表面积有关。最近对几种脂酶结构的研究结果为深入理解其水解活性…     

纳米酶在疾病治疗中的最新进展

纳米酶是具有酶催化活性的纳米材料,对比天然酶,纳米酶具有价格便宜、制备工艺简单、稳定性好、循环利用率高等优势.早期的纳米酶研究主要集中在检测方面,包括检测离子、小分子、核酸、蛋白质、癌细胞等,随着对纳米酶的深入了解,研究人员发现纳米酶在疾病治疗领域也具有巨大的应用前景.本论文将介绍纳米酶在细菌感染、炎症、癌症、神经退行性疾病等治疗领域的最新研究进展.     

真菌漆酶异源表达研究进展

由于漆酶能够氧化芳香类化合物和其它一些非芳香类有机物,具有广泛的底物特异性,因此在纸浆漂白、纺织品染料脱色、有毒废弃物的去除、生物修复和生物传感器等方面具有巨大的应用潜力。但是缺少大量廉价的酶源供应阻碍了漆酶商业化的应用,解决这个问题的一个主要方法就是通过漆酶的异源表达来获得大量的漆酶。综述了真菌漆酶在酵母表达系统和丝状真菌表达系统中表达的研究结果,着重总结了影响漆酶异源表达的因素和提高漆酶表达的策略。     

碳源和氮源对毛栓菌菌丝体生长和漆酶分泌的影响

木质素是一种高度复杂的,由宋丙烷为基本结构单元构成的芳香族高分子化合物,是仅次于纤维素的第二大再生有机资源。木质素的结构使其难于降解,大多数生物不能直接利用,从而造成这一资源的巨大浪费,同时木质素的降解及其相关酶类在生物制浆和环境保护中具有重要意义。木质素生物降解酶主要有木素过氧化物酶。锰过氧化物酶、漆酶和多酚氧化酶等,国外已有黄泡原毛平革菌[1]和杂色云芝[2－6]的有关研究报道,但未见该菌的有关报道。国内周金燕[7]、秦小琼[8]等曾研究真菌漆酶。本文对毛栓菌产生漆酶的条件进行了探讨,以便为其在造纸和环…     

芪合酶基因的分子生物学研究

植物中存在芪类次生代谢产物(stilbenes)作为一种重要的植保素,不仅能够使植物体本身的抗逆性提高,在人类健康医疗领域也有很好的应用前景.由于其合成途径具有专一性,需要芪合酶(Stilbene synthase,STS)的存在,近年来芪合酶基因工程日益引起人们的研究和重视.介绍了芪合酶基因的结构功能及其诱导表达的调控机理,并对其转基因工程的研究进展进行了综述,以期为进一步开展芪类次生代谢物在作物品质改良及人类健康营养中的应用提供参考.     

综述与专论: 铁蛋白：纳米酶开发的重要工具

纳米酶因其在靶向癌症治疗、诊断医学、生物传感和环境毒理学等方面所具有巨大的应用潜力和价值而受到越来越多的关注。铁蛋白作为具有独特空间结构、表面性质和高生物相容性等特点的天然生物大分子,已成为纳米酶开发的重要工具。 为了展示和凸显铁蛋白在纳米酶开发中的扮演的角色和取得的成就,并为后续研究提供参考,本综述着重介绍铁蛋白作为纳米酶合成的模板、纳米酶催化反应的反应器和纳米酶呈递的载体等。同时,文中也指出了基于铁蛋白的纳米酶研发中所面临的挑战和其未来发展方向。     

用于B→O血型改造的不同α-半乳糖苷酶的比较

α 半乳糖苷酶因可水解人B型红细胞表面的α 半乳糖残基 ,使B抗原结构变成O抗原结构 ,而成为B→O血型改造的工具酶 .对可能具有酶解B抗原活性的 3种α 半乳糖苷酶 ,即来源于大豆、咖啡豆和人的α 半乳糖苷酶的结构和功能进行了比较研究 .首先 ,利用序列分析工具对 3种酶蛋白的一级结构和特性进行了比较 ;随后 ,将编码大豆和人的α 半乳糖苷酶的cDNA克隆入毕赤酵母中进行表达 ,对筛选所得表达菌株进行诱导培养 ,并从培养上清中纯化重组的大豆和人α 半乳糖苷酶 ;分别测定大豆、咖啡豆和人α 半乳糖苷酶的生物化学性质以及它们的底物特异性 ;最后 ,以纯化的重组酶对人B型红细胞进行酶解 ,并测定酶解后红细胞的结构与功能 .结果表明 ,人源的α 半乳糖苷酶不适于酶解B抗原 ,而大豆来源的α 半乳糖苷酶不仅可作为B→O血型改造的工具酶 ,而且比咖啡豆来源的α 半乳糖苷酶更具优势     

米黑根毛霉来源l-天冬酰胺酶的分子改造及高效表达

l-天冬酰胺酶能够水解l-天冬酰胺生成l-天冬氨酸和氨,广泛存在于微生物、植物和部分啮齿类动物的血清中,在医药和食品行业中都具有重要应用。然而无论是在医药还是在食品行业中,l-天冬酰胺酶依然存在一些问题,如催化效率低、热稳定性差、产量低等。文中通过理性设计及5′非翻译区 (5′ untranslated region, 5′ UTR)改造提高米黑根毛霉Rhizomucor miehei来源的l-天冬酰胺酶 (RmAsnase) 的酶活及蛋白表达量。结果显示,通过同源建模结合序列比对分析构建的6个突变菌株中,突变酶A344E比酶活较野生酶提高了1.5倍。继而构建食品安全菌株枯草芽孢杆菌Bacillus subtilis 168/pMA5-A344E,对其进行UTR改造,获得重组菌株B. subtilis 168/pMA5 UTR-A344E,其酶活较原始菌提高了7.2倍,对重组菌B. subtilis 168/pMA5 UTR-A344E进行5 L罐研究,最终产量为489.1 U/mL。该酶活提高的重组菌株对l-天冬酰胺酶的工业化应用具有重要价值。