来自假单胞菌ZJU26的R-2-氯丙酸脱卤酶的手性识别过程研究

立体选择性是2-卤代酸脱卤酶最重要的性质之一,但目前其手性识别过程尚不明确,对其进行研究和解析具有重要意义。以来自假单胞菌ZJU26的R-2-氯丙酸脱卤酶dehDIV-R为模型,研究了R-2-卤代酸脱卤酶的手性识别过程。首先通过测定反应产物的构型,确定dehDIV-R催化底物为S_N2反应。通过Discovery Studio 3.0对dehDIV-R进行同源模建及底物分子对接,由对接结果和序列比对确定dehDIV-R立体选择性的关键位点Asn236,预测dehDIV-R的立体选择性与反应时底物到达反应位置的空间位阻密切相关。对dehDIV-R进行虚拟突变,将Asn236位点突变成具有不同空间位阻的残基Ala和Ser,并分别与底物分子进行分子对接,预测突变酶的立体选择性。根据预测结果,对Asn236氨基酸残基进行定点突变,发现在Asn236突变为Ala后的A1酶显示出对RS底物的活力;在Asn236突变为Ser后的S1酶显示出与原始酶相反的立体选择性,实现了立体选择性的反转。与模型的预测结果相符,证明了模型的合理性。     

来源于西梅的(R)-醇腈酶促立体选择性转氰合成(R)-酮醇腈

在水/有机溶剂双相反应体系中,研究了来源于西梅的(R)-醇腈酶催化酮与丙酮醇腈合成(R)-酮醇腈的立体选择性转氰反应．系统探讨了不同酶源、酶粉颗粒大小、底物浓度、两底物配比、酶浓度和底物结构对转氰反应的影响．结果发现西梅醇腈酶能高效催化三甲基硅酮与丙酮醇腈的立体选择性转氰．酶粉颗粒大小以直径0.3～0.45 mm为优,底物浓度以21 mmol/L左右为佳,底物丙酮醇腈与三甲基硅酮摩尔浓度比以2∶1为宜,酶浓度以60.9 g/L左右为好．西梅醇腈酶对3, 3-二甲基-2-丁酮几乎没有催化活性,而对其硅结构类似物三甲基硅酮却具有非常高的立体选择性和催化活性,在上述优化反应条件下反应24 h的底物转化率和产物光学纯度均高达99%以上,表明底物中的硅原子对西梅醇腈酶的催化活性有非常显著的促进作用．     

酶促反应的“诱导契合-锁钥”模式

在酶学理论中,阐释酶识别底物专一性的代表性学说有"锁钥"和"诱导契合"模型等.作者此前研究了蚯蚓蛋白酶Ⅰ(Eisenia fetida proteaseⅠ,EfP-Ⅰ)的底物专一性,提出了"诱导契合-锁钥"反应模式.然而,采用EfP-Ⅰ建立的模式是否具有普遍的酶学意义需要进一步论证.以蚯蚓蛋白酶Ⅱ(Eisenia fetida proteaseⅡ,EfP-Ⅱ)、枯草杆菌蛋白酶(subtilisin,Sub)以及乳酸脱氢酶(lactate dehydrogenase,LDH)为材料,分别研究了底物反应后酶与其他底物的相互作用.结果显示,经过凝血酶底物chromozym TH(CTH)反应后,蚯蚓蛋白酶Ⅱ和枯草杆菌蛋白酶与尿激酶底物(chromozym U,CU)的反应活性显著降低(P<0.05),表现出符合"诱导契合-锁钥"反应的模式.蚯蚓蛋白酶Ⅱ和枯草杆菌蛋白酶先与CU反应后,却仍能与CTH反应,但后续不能与CU发生反应,仍然表现为"诱导契合-锁钥"模式.另外,丙酮酸反应后的LDH,对乳酸的反应活力显著降低(P<0.05),而乳酸反应后的LDH对丙酮酸的活性却无显著变化.这可能是丙酮酸诱导的LDH构象具有相对的刚性,而乳酸诱导的酶构象具有相对柔性所致.     

底物对变性酶的修复作用

 兎肌肌酸激酶被LDS变性后,底物能够诱导变性酶使其活力和构象得到部分恢复。变性程度不同的酶,构象和活力的恢复程度也不同:低浓度LDS变性酶,恢复程度较高;反之亦然。活力的恢复与构象的恢复两者呈对应关系。底物修复作用的pH以8.2为好。底物修复作用受其它蛋白质(例如BSA)存在的影响。等速电泳结果表明,BSA能竞争性结合LDS-酶复合物的LDS,使酶成为游离酶。变性酶先与BSA保温再加底物所得的活力恢复,大约是变性酶与含BSA的底物保温所得活力的10倍。这一结果似表明LDS变性酶仍能结合底物;被结合的底物还能使变性酶的构象发生变化。     

生物催化剂立体选择性的基因工程改造

野生型生物催化剂对于其天然底物通常具有较好的反应活性和选择性,但生物催化剂在有机合成中应用时多数情况下是非天然底物,这就要求对野生型生物催化剂进行改造,以提高其对非天然底物的反应活性、稳定性和选择性(包括区域选择性和立体选择性)。以下根据酶催化剂的类型总结了近几年来通过基因工程改变生物催化剂的立体选择性的最新进展,盼望起到抛砖引玉的作用,以此促进我国在这一领域的快速发展。     

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。     

蛇肌果糖1,6-二磷酸酯酶激活和抑制状态的进一步研究

蛇肌果糖1,6-二磷酸酯酶(FruP_2ase)在K~+存在下或经枯草杆菌蛋白酶或胰蛋白酶限制性酶解后,其中性pH的活力均有2倍或2倍以上增加。三种高活性形式的酶其紫外差光谱都同酶在尿素中的差光谱峰形基本一致。它们在受底物抑制的阈值、Mg~(2+)活化行为、K_m值、最适pH、同DTNB反应的能力以及巯基修饰后酶活力的变化等方面均有明显不同。说明三种高活性形式的酶构象呈松弛状态,但是在构象上是有差别的。受AMP抑制的酶2个快速反应巯基被DTNB修饰后,其pH7.5活力增加到对照酶活力的2.5倍,在这种条件下可反应的总巯基数为4,这时酶仍可保持在高活性状态。而底物抑制的酶,则观察不到快反应巯基,这种条件下,可反应的总巯基数为14。说明受AMP抑制的酶的构象比受底物抑制的酶的构象更为紧凑。     

南极假丝酵母脂肪酶B催化3-(4-氟苯基)戊二酸酐不对称醇解

采用分子模拟技术,研究了南极假丝酵母脂肪酶B(Candida antarctica lipase B,CALB)催化3-(4-氟苯基)戊二酸酐(3-FGA)不对称醇解的分子机制。首先借助力场修改的Autodock 4.2软件将过渡态底物与CALB进行对接,根据对接自由能差异解析了CALB催化3-FGA与不同醇反应的立体选择性差异,得到的S型底物结合能小于R型底物;其次,基于扭转角机制分析发现,S型底物扭转角小于R型底物,从分子水平上揭示了CALB对S型底物选择性优于R型底物的机制。     

植物磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶的研究——Ⅱ.高粱叶片PEP羧化酶的代谢物调节特性和油酸抑制效应

本文报导高粱叶片的PEP羧化酶与一些代谢物相互作用的动力学特性。MgCl_2对不同PEP羧化酶同工酶表现程度不同的负协同性,Hill系数分别为0`86(PC Ⅰ)和0.47(PCⅡ)。PEP的饱和曲线呈S型。Hill系数为2.4,表现为正协同性。在不同浓度的G6P存在下,曲线的S型特性消失,Hill系数下降至1。而在不同浓度甘氨酸存在下负协同程度逐步增强,Hill系数为0.72。测定不同浓度G6P对酶活化程度的影响结果表明高浓度G6P(10 mM以上)活化程度反而下降,同时加入低浓度的甘氨酸(0.1～5 mM)能减缓高浓度G6P活化作用下降的程度。上述结果表明Mg~( )和PEP不仅作为底物或辅因子参与反应而且以同位协同的方式调节酶构象的变化,G6P和gly活化酶的作用类型是不同的。低浓度油酸(5～50 μM)对酶有强烈的抑制效应。高浓度Mg~( )不能解除其对酶的抑制。不同材料的酶对油酸反应不同。使高梁叶片PC Ⅰ活性完全抑制的油酸浓度(100 μM),对PCⅡ和小麦的PEP羧化酶活性几乎没有多大影响,表明油酸对高梁光合型PEP羧化酶的选择性抑制与Mg~( )的螯合作用无关。酶先后与Mg~( )或油酸预保温试验结果表明油酸可能作用于Mg~( )在酶蛋白上的调节位置。     

PAR对氨基酰化酶不可逆抑制动力学研究

本文将邹氏的在酶的活性修饰剂存在下的底物反应动力学理论应用于氨基酰化酶被金属螯合剂PAR脱锌而失活的动力学研究。通过对不同浓度的PAR存在下底物反应过程和含有PAR的不同浓度的底物中酶促反应的分析,讨论了PAR对氨基酰化酶的脱锌机制。这一过程很可能按如下机制进行:首先,PAR与酶分子活性部位的锌结合,形成一复合物,这一步是较快的反应,然后发生一个可逆的构象变化,最后是不可逆的去锌步骤。锌的存在显然稳定了酶活性部位的构象,而这正是酶活性所必需的。     

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．     

核盘菌5-烯醇丙酮酰莽草酸-3-磷酸合酶的酶学性质

核盘菌5-烯醇丙酮酰莽草酸-3-磷酸合酶（EPSP合酶）是AROM多功能酶的活性之一.该酶催化莽草酸磷酸（S3P）和磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）产生5-烯醇丙酮酰莽草酸-3-磷酸和无机磷酸的可逆反应,受除草剂草甘膦（N-（膦羧甲基）甘氨酸）抑制.纯化了核盘菌AROM蛋白并对EPSP合酶进行了酶学特征研究.结果显示,该酶反应的最适pH值为7.2,最适温度为30℃.热失活反应活化能是69.62 kJ/mol.底物S3P和PEP浓度分别高于1 mmol/L和2 mmol/L时,对EPSP合酶反应产生抑制作用.用双底物反应恒态动力学Dalziel方程求得的Km(PEP)为140.98 μmol/L,K _m(S3P)为139.58 μmol/L.酶动力学模型遵循顺序反应机制.草甘膦是该酶反应底物PEP的竞争性抑制剂（Ki为0.32 μmol/L）和S3P的非竞争性抑制剂.正向反应受K⁺激活.当［K⁺］增加时,K _m(PEP)随之降低,Km(S3P)不规律变化,而K _i(PEP)随［K⁺］增加而提高.     

野葛葡糖基转移酶PlUGTs的同源建模及其活性位点分析

本文对PIUGTs进行同源建模,并分析其与底物结合的构象及活性位点。通过SWISS-MODEL在线对P1UGTs进行模板预测和选择,运用Swiss—PdbViewer软件显示和优化,利用ACDLABS绘制糖基供体小分子（酶结合底物）,最后通过AutoDock_ADT进行分子对接,并分析PIUGTs酶与不同底物结合的整体构象及分析活性位点。研究结果表明PIUGT1、PIUGT2及PIUGT3均能得到较好的三级构象,并且PIUGT1、PIUGT2与三种底物均可进行较好对接,H18,R278,N359为PIUGTI与三种对接构象活性中心所共有的氨基残基;而G16,H17,V19,T148,N370,E374,E390为PIUGT2与三种对接构象活性中心所共有的氨基残基,但PIUGT3未能得到较好的对接构象。由此推测PIUGT1和PIUGT2均能合成葛根素．而PIUGT3不能催化葛根素的合成。     

反应介质对酶选择性的影响

有机相酶催化是酶工程研究最活跃的领域之一。本文主要综述了反应介质对酶底物选择性、酶对映体选择性、酶前手性选择性、酶区域选择性及酶基因选择性的影响。     

Arthrobacter K1108乙内酰脲酶反应条件和立体选择性研究

研究了Arthrobacter K1108乙内酰脲酶的反应条件,结果表明,K1108乙内酰脲酶的最适反应温度为55℃,最适pH为7.0,Co^2 和Fe^2 对该酶有激活作用,而Ca^2 有严重抑制作用。K1108乙内酰脲酶的底物专一性较强,其最适底物为5－苄基乙内酰脲,5－苯基乙内酰脲和5－吲哚甲基乙内酰脲均不能作为其有效底物。对K1108乙内酰脲酶立体反应机制研究结果表明,其乙内酰脲水解酶不具立体选择性,决定产物立体构型的酶是N－氨甲酰氨基酸水解酶。     

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。     

脂肪酶YCJ01拆分对位取代α-苯乙醇

利用脂肪酶YCJ01催化拆分对位取代α-苯乙醇衍生物。以异丙醚为反应介质,采用乙酸乙烯酯作为酰基供体,对180 mmol/L的1-(4-甲基苯基)乙醇进行选择性酯化,脂肪酶粗酶粉添加量为5 g/L,50℃反应21 h后,底物转化率可达49.96%,对映体过量值e.e.s、e.e.p值分别为97.1%和97.2%,对映体选择性E200;同样,对1-(4-甲氧基苯基)乙醇进行选择性酯化,酰基供体为丁酸乙烯酯,底物浓度150 mmol/L,脂肪酶粗酶粉添加量为2.5g/L,30℃反应12 h后,底物转化率为49.8%,e.e.s、e.e.p值分别为97.7%和98.4%,对映体选择性E200,显示了很好的手性拆分效果。     

不对称水解(R,S)-2,6-二甲基苯基氨基丙酸甲酯新菌种的分离鉴定及酯酶基因的克隆、表达

【目的】筛选鉴定1株可以选择性水解农药甲霜灵的中间体(R,S)-2,6-二甲基苯基氨基丙酸甲酯(MAP)的菌株,并克隆、表达该菌株中的酯酶基因。【方法】以MAP为唯一碳源,对活性污泥样品中的微生物进行富集培养,采用罗丹明B平板显色法进行初筛,通过摇瓶复筛得到了1株对MAP具有最高对映体选择性和水解活力的新菌株,根据其形态、生理生化特征及16S rRNA序列分析,确立该菌株的系统发育学地位。构建该菌株的基因文库,筛选获得含目的基因的克隆子,通过序列分析和引物扩增得到酯酶基因,将基因与表达载体pET28a(+)连接后,转化大肠杆菌BL21Gold(DE3)plysS,构建重组菌。【结果】该菌属于革兰氏阴性菌,结合16S rRNA基因、形态特征和生理生化实验结果,鉴定该菌为反硝化无色杆菌。通过基因文库法,找到了该菌中的酯酶基因EHest,并成功构建了重组大肠杆菌EHest-p ET28a(+)-BL21Gold(DE3)plys S,表达了来自Achromobacter denitrificans 1104且具有不对称水解MAP活性的酯酶EHesterase,大小约27 kDa,表达酶活是原始菌株的27.1倍。用EHesterase催化MAP水解,底物浓度50 g/L,反应1 h,底物转化率为29.5%,产物(酸)的ee_p为85.1%,对映体选择性为R型。该酶的最适反应pH和温度分别为pH 9.0和50°C。它水解MAP的活性分别是水解橄榄油和乙酸乙酯活性的333倍和667倍。【结论】筛选到1株具有不对称水解MAP能力的新菌株Achromobacter denitrificans 1104。     

固定化细胞拆分(R,S)-α-乙基-2-氧-1-吡咯烷乙酸甲酯的研究

【目的】筛选鉴定一株产酯酶用于选择性拆分(R,S)-α-乙基-2-氧-1-吡咯烷乙酸甲酯的菌株,利用该菌株固定化细胞催化拆分外消旋底物。【方法】通过富集培养、罗丹明B平板初筛及复筛培养获得一株选择性拆分(R,S)-α-乙基-2-氧-1-吡咯烷乙酸甲酯的菌株,通过对其形态、生理生化特征及16S r DNA序列分析,确立该菌株系统发育地位。优化了利用硅藻土-戊二醛吸附交联法对该菌体细胞固定化的条件,研究固定化细胞催化性质及操作稳定性。【结果】该菌为革兰氏阴性菌,鉴定其为甲基球状菌属(Methylopila)。固定化体系最优条件:聚乙烯亚胺0.15%(V/V),戊二醛0.2%(V/V),硅藻土6 g/L,菌体质量浓度100 g/L。与游离细胞相比,固定化细胞最适p H由8.0变为8.5,最适温度由35°C变为40°C,p H稳定性和温度稳定性都有所提高。Cu~(2+)、Mn~(2+)、Ca~(2+)能促进酶活,Zn~(2+)、Fe~(2+)抑制酶活。固定化细胞的有机溶剂耐受性较游离细胞有所提高。动力学分析细胞固定化后Km值变大,底物亲和力降低。利用固定化细胞水解(R,S)-α-乙基-2-氧-1-吡咯烷乙酸甲酯,底物浓度200 g/L,反应20 h,保留构型为S型,得率47.8%,对映体过量值ees为99.4%,重复使用12次后仍保留初始酶活的80%以上。【结论】开发了利用Methylopila sp.cxzy-L013固定化细胞择性拆分(R,S)-α-乙基-2-氧-1-吡咯烷乙酸甲酯的工艺,该工艺具有良好的工业应用前景。     

一种不对称水解（R,S）-2,6-二甲基苯基氨基丙酸甲酯的新酯酶基因的克隆表达和酶学性质研究

本文将来自反硝化无色杆菌Achromobacterdenitrificans1104的酯酶基因EHest,转化大肠杆菌中,成功表达了具有不对称水解农药甲霜灵的中间体(R,S)-2,6-二甲基苯基氨基丙酸甲酯( MAP )活性的酯酶EHesterase。用重组酯酶EHesterase催化MAP 的水解,底物浓度50 g/L,反应1h的转化率29.5%,产物( R-酸)的eep 是85.1%。该酶的最适反应pH和温度分别为9.0和50℃,在50℃以下和pH5~9之间具有较好的稳定性。该酶水解MAP 的米氏动力学参数Vm、Km 分别是0.733 g/(L·min)和7.49 g/L。加入10%DMSO对酶EHesterase的立体选择性和催化速度有一定的促进作用。 Cu2+、Fe3+对酶活有明显抑制作用。该酶水解MAP 的活性与水解p-对硝基苯乙酸酯的活性数量级相当,是水解橄榄油活性的333倍。