β-葡萄糖苷酶的糖耐受和促活性质研究

【目的】以葡萄糖耐受并促活的β-葡萄糖苷酶Bgl2A为出发材料,寻找与β-葡萄糖苷酶的葡萄糖耐受和促活性质相关的重要氨基酸残基位点并对其进行突变;对突变酶性质进行检测,结合分子对接,探究突变对酶的糖耐受和促活性质的影响及机制;进而对葡萄糖不耐受的Bgl3A (Bgl2A:A22S/V224S)进行分子改造,以获得应用潜能更好的突变酶。【方法】通过序列和结构比对、统计耦联分析和结构分析,选取Bgl2A底物通道口、蛋白质表面以及活性中心附近可能间接影响葡萄糖耐受和促活性质的残基作为突变位点,构建了多个突变酶,并对其酶学性质进行检测。【结果】以Bgl2A为出发酶,D322I、W325A、W126Y、F172N、C173I和N226V的糖耐受和促活性质显著提升。分子对接提示,这些突变可能是通过变构效应影响活性中心与葡萄糖结合的自由能,从而改变酶葡萄糖耐受和促活性质。据此,在Bgl3A分子上对应构建多个突变体,筛选获得了较出发酶在糖耐受和促活性质提升的同时保持较高酶活和稳定性的突变酶N226V和F172N。【结论】除了酶与葡萄糖直接结合的位点,不与葡萄糖直接相互作用的位点也可通过远程作用间接影响...     

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。     

CXCL12-α基因编码区的克隆与生物信息学分析

目的:克隆人源CXCL12-α的成熟肽编码序列后进行生物信息学分析及其蛋白质结构与功能预测。方法:采用RTPCR方法从人骨髓组织中克隆CXCL12-α基因序列,并将编码其成熟蛋白的核酸片段插入原核表达载体pET-30a(+)中,转化Escherichia coli后进行酶切鉴定和DNA序列测定。利用在线网络生物信息学相关数据库和分析软件对测序结果进行分析,并对重组蛋白的一、二、三级结构及功能等进行验证和预测。结果:获得了基因序列为263 bp的人源CXCL12-α基因,与GenBank中公布序列一致。双酶切鉴定及DNA测序验证结果正确。生物信息学检索该基因编码蛋白的氨基酸序列与理化参数显示,蛋白无跨膜区,在第29位有一个Ser为蛋白激酶磷酸化位点,第1~21位可能为信号肽区域。ɑ-螺旋,无规则卷曲,延伸链和β-转角数量分别占总二级结构的44.94%、22.47%、21.35%、11.24%。同源建模预测信息可信度为0.68,该蛋白G-factor结构计分总平均为0.33,结构检验表明该蛋白属于正常范围内。二级结构和拓扑结构信息、蛋白质结合位点三维图和预测蛋白可能催化口袋及结合位点、三维结构模拟的可视化结构显示其空间结构稳定。结论:人源CXCL12-α分子克隆成功,网络数据库等生物信息学分析及结合蛋白质结构与功能预测可为深入研究CXCL12-α提供理论指导。     

植物查耳酮异构酶生物信息学分析

查耳酮异构酶（CHI）是黄酮类化合物合成途径中的关键酶之一。利用生物信息学方法对该酶基因及编码蛋白进行系统的分析,将为深入开展研究打下基础。本文利用NCBI数据库中注册的CHI基因的核酸及氨基酸序列,以葡萄CHI为主,对其组成成分、疏水性／亲水性、翻译后修饰、蛋白质二级及三级结构等进行预测和推断。结果表明：葡萄CHI不具有明显的亲水或疏水区域;二级结构主要由α-螺旋、不规则卷曲和β-折叠组成,β-转角散布于整个肽链中;β3a—β3f连同α1—α7构成了蛋白三级结构的核心;包含CHI结构域;在高级结构、活性位点等方面具有较高的保守性。     

重组大肠杆菌Bgl2238的发酵优化

本研究对前期实验室从黑龙江玉米土壤中筛选并构建的β-葡萄糖苷酶Bgl2238的重组大肠杆菌(E.coliBL21(DE3)-pET32a-bgl2238)采用响应面(Box-Behnken)优化的方法进行摇瓶发酵,优化培养基组分,而培养条件即温度、pH值、接种量及装液量则采用单因素法优化。结果显示最佳培养基配比为:甘油9.32g/L、酵母提取粉12g/L、胰蛋白胨19.13g/L、NaCl8g/L、K_2HPO_4·3H_2O 19.13g/L、KH_2PO_42g/L、柠檬酸高铁胺0.2g/L和微量元素母液6mL/L。重组大肠杆菌Bgl2238最佳的发酵条件为:发酵温度37℃、起始pH8.0、3%接种量、25mL装液量、IPTG终浓度为0.25mmol/L。在250mL锥形瓶对重组子Bgl2238进行发酵,在最优化的发酵培养基成分和培养条件下,Bgl2238的酶活力可以达到2910U/L,比起始培养基中的酶活提高了61.77%。     

α-葡萄糖苷酶三维结构的同源模建与分子设计

目的:该文预测了来源于嗜热脂肪芽孢杆菌(Bacillus stearothermophilus)ATCC 12016编码α-葡萄糖苷酶序列的三维结构,设计突变位点,构建突变体模型,并对预测三维结构与突变体进行了评估与分析.方法:分析了α-葡萄糖苷酶的核酸序列与蛋白序列,确定了α-葡萄糖苷酶蛋白序列的同源性与保守区特征;利用来源于蜡状芽胞杆菌(Bacillus cereus)ATCC 7064寡聚-1,6-葡萄糖苷酶三维蛋白结构作为模板,同时基于同源模建方法对α-葡萄糖苷酶序列的三维结构与突变突变体模型进行了结构预测.结果:对预测的三维结构与突变体进行评估与分析,表明预测与设计的结构达到合理化标准.结论:基于以上研究结果,构建α-葡萄糖苷酶的三维结构模型是合理的,为蛋白质工程应用建立了理论研究平台.     

拟南芥高丝氨酸激酶HSK的分子结构与同源建模研究

高丝氨酸激酶（EC2．7．1．39）是拟南芥中合成甲硫氨酸和苏氨酸的关键酶之一。作者利用DNAMAN软件分析高丝氨酸激酶的氨基酸组成和等电点;利用生物信息学在线网站预测分析其疏水性、二级结构、跨膜结构域、信号肽区域、PEST序列、化学修饰位点及亚细胞定位等;利用SWISS—MODEL软件进行同源建模,使用Chimera（V1．8．1）做结构修饰处理,最后利用Molprobity4及ERRAT（V2．0）对建模结果进行结构质量分析。结果发现：HSK预测等电点为8．48,平均亲水性0．267;二级结构中α-螺旋占34．32％,不规则卷曲占48．11％,延伸链占17．57％;高丝氨酸激酶的预测模型经验证具有稳定的空间结构,符合立体化学规则。     

结核分枝杆菌rpoB基因的生物信息学分析

通过生物信息学的方法对rpoB基因及其蛋白质序列的理化性质、亲/疏水性、信号肽、糖基化位点、磷酸化位点、二级结构和三级结构等进行预测分析。结果表明,RNA聚合酶β亚基为富含Val、Glu及Leu的非稳定亲水性蛋白,其中不含信号肽,磷酸化程度较高。α螺旋和无规则卷曲是RNA聚合酶β亚基的主要二级结构元件。用同源建模方法构建三维结构,通过Ramachandran Plot对模型进行评估得到了合理的RNA聚合酶β亚基结构模型。分析rpoB基因及其编码蛋白质的特征对于研究结核杆菌致病及耐利福平药物机理有着重要的意义。     

亚洲玉米螟幼虫酚氧化酶原基因序列的生物信息学分析

酚氧化酶原PPO是昆虫免疫的关键酶, 本文从生物信息学角度对亚洲玉米螟Ostrinia furnacalis Guenée幼虫PPO进行分析, 为进一步研究其高级结构与功能的关系提供理论依据。利用我们已提交到GenBank的数据, 采用在线分析及MEGA4和RasMol软件对亚洲玉米螟酚氧化酶原（Of-PPO）的核苷酸和氨基酸序列、系统发生关系和蛋白质三级结构进行分析。结果表明: Of-PPO全长cDNA序列有2 686 bp, 包含一个2 079 bp的开放阅读框, 其推导的693个氨基酸序列中包含6个组氨酸残基构成的2个铜离子结合位点, 以及保守的硫羟酸酯区域。Of-PPO属于PPO2类群, 其N端不含信号肽, 无跨膜结构域区域, 无糖基化位点, 44个磷酸化位点均匀分布于整个多肽链中, 有2段序列可能形成卷曲螺旋, 有5个区域的氨基酸具较强疏水性, 其二级结构中α-螺旋占22.54%, 随机卷曲占56.79%。同源建模显示其三级结构为“α/β型”中的“滚筒结构”, 存在一个明显的空位, 可能与该酶催化活性有关。本文可为Of-PPO的实验研究和应用开发提供有价值的信息。     

一株β-葡萄糖苷酶产生菌株的分离鉴定及酶学性质研究

【目的】分离获得β-葡萄糖苷酶高产菌株,确定该菌分类地位,并对其所产β-葡萄糖苷酶的酶学性质进行初步研究。【方法】采用七叶灵显色法从土壤样品中筛选β-葡萄糖苷酶产生菌,再用对硝基苯基-β-D-吡喃葡萄糖苷(PNPG)显色法进行复筛;通过形态特征、生理生化特征及16S rDNA序列相似性分析等方法确定其分类学地位;利用超滤、疏水层析、阴离子层析、分子筛层析法对β-葡萄糖苷酶进行分离纯化;以PNPG为底物,测定β-葡萄糖苷酶的最适反应pH及最适反应温度,通过双倒数作图法确定β-葡萄糖苷酶催化不同底物水解的米氏常数Km值。【结果】从土壤样品中筛选得到一株β-葡萄糖苷酶高产菌株ZF-6C,初步鉴定为Bacillus korlensis;芽胞杆菌ZF-6C所产β-葡萄糖苷酶的分子量约为90 kD,最适反应pH和温度分别为7.0和40°C,该酶具有水解β(1,4)糖苷键的活性,最适底物为邻硝基苯-β-D-吡喃葡萄糖苷,Km值为0.73 mmol/L。金属离子Ca2+、Pb2+增强酶活,而Cu2+、Fe2+抑制酶活。【结论】首次报道从Bacillus korlensis中分离得到β-葡萄糖苷酶,Bacillus korlensis ZF-6C所产β-葡萄糖苷酶在分子量、最适反应条件及底物特异性等方面均不同于已知酶,可能为一结构新颖且催化效率较高的β-葡萄糖苷酶。     

嗜热淀粉芽孢杆菌来源β-葡萄糖苷酶的重组表达与酶学性质

【背景】β-葡萄糖苷酶(EC 3.2.1.21,β-glucosidase),是纤维素分解酶系中的重要组成部分,目前工业上应用的β-葡萄糖苷酶多数来源于植物和真菌,来源于细菌的较少,且应用中还存在酶活力偏低、热稳定性差、反应条件适用范围窄、酶活力易受产物反馈抑制等问题,增加了经济成本。嗜热微生物具有特殊的遗传信息资源,极有可能从中挖掘到酶学性质优良的新型β-葡萄糖苷酶,从而解决工业难题。【目的】从嗜热淀粉芽孢杆菌(Bacillus thermoamylovorans)基因组中挖掘新型β-葡萄糖苷酶基因,通过基因重组、异源表达和蛋白纯化技术制备新型β-葡萄糖苷酶,并探究其酶学性质,为新型β-葡萄糖苷酶在纤维素水解等领域的应用奠定基础。【方法】人工合成新型β-葡萄糖苷酶基因bgl52,构建重组表达质粒pET22b-bgl52,并用电脉冲法转化到大肠杆菌BL21(DE3)中实现可溶性表达,利用Ni-NTA亲和层析纯化得到高纯度的β-葡萄糖苷酶Bgl52。【结果】实现重组表达质粒pET22b-bgl52在大肠杆菌BL21(DE3)中的可溶性表达,并获得β-葡萄糖苷酶Bgl52纯蛋白,蛋白分子量为52 kD,在70°C和pH 6.5条件下表现出最佳活性;以p-nitrophenyl-β-D-glucopyranoside (p NPG)为底物时的比酶活为223.7±5.3 U/mg;K_m为9.3±1.2 mmol/L,V_(max)为270.3±4.3μmol/(min·mg);Bgl52偏好性水解β-1,4糖苷键的底物;Fe~(2+)和Mg~(2+)对酶的激活作用明显,Co~(2+)、Cu~(2+)和SDS可抑制其活性;Bgl52是少有的几种葡萄糖和木糖激活型β-葡萄糖苷酶之一,当反应体系中外源添加0.2 mol/L葡萄糖时可提升活力至2.84倍,外源添加0.4 mol/L木糖时可提升活力至3.24倍,同时Bgl52在生理条件下基本不受产物的反馈抑制。【结论】利用嗜热微生物基因组中蕴藏的遗传信息资源,通过现代生物技术方法,可以从中挖掘到酶学性质优良的β-葡萄糖苷酶,为其在纤维素降解等工业领域的应用奠定基础。     

聚酮化合物β-酮酰-ACP合酶的计算机对比分析与组合生物合成

为了合理地设计新的聚酮化合物提高组合生物合成的效率,本文使用ClustalW、Mega4.0分析了26种来自不同聚酮合酶的β-酮酰-ACP合酶结构域的序列特征,并用ProtParam、Phdsec、Swiss-Model等工具对其中9种具有不同底物专一性的β-酮酰-ACP合酶的一级结构、二级结构和三级结构及活性位点进行了分析与预测。发现它们结构上的相似性大于序列上的相似性;活性位点都富含丝氨酸;底物含有2个羧酸基团的β-酮酰-ACP合酶的理论pI均小于5.0且其形式电荷总量也偏低;序列V303ELHGTGTPLGDPIEAGA320是这26种β-酮酰-ACP合酶的一段保守序列,但它并不与活性位点相邻。这些研究对进行聚酮合酶的模块或结构域替换以及定点突变具有重要的指导意义,也为探讨其的进化机制提供了参考。     

β-葡萄糖苷酶Bgl747的定向筛选、重组表达与酶学性质

【背景】β-葡萄糖苷酶(β-Glucosidase,EC3.2.1.21)是3种纤维素酶中的重要成分之一。目前工业用纤维素酶大都来源于木霉等真菌,较少来源于细菌,而且在应用中还存在反应条件(温度、pH等)适用范围窄、酶活力较低、获取成本偏高等问题,这大大限制了β-葡萄糖苷酶的应用。从秸秆还田土壤细菌中筛选β-葡萄糖苷酶有极大地可能性筛选出酶学性质较好的酶,从而解决现存的工业问题。【目的】从土壤中筛选β-葡萄糖苷酶,通过基因重组、表达优化和蛋白纯化获得一株新型β-葡萄糖苷酶,探究其酶学性质,为其在工业上的应用奠定基础。【方法】利用功能筛选法从土壤中筛选出β-葡萄糖苷酶,全长为747 bp,命名为Bgl747,构建重组表达质粒pET-28a-Bgl747,以Escherichia coli BL21(DE3)为宿主菌株,经IPTG诱导实现可溶性表达并优化表达条件,通过His标签蛋白纯化试剂盒纯化获得纯化酶,探究其酶学性质。【结果】β-葡萄糖苷酶Bgl747属于BglB超家族,分子量为27.23 kD,最适反应温度为45°C,最适p H 4.0;最佳诱导条件:当OD600为1.0,加入终浓度为0.6 mmol/L的IPTG,于37°C、220 r/min诱导10 h后β-葡萄糖苷酶Bgl747蛋白获得最高表达量1.82 mg/m L;底物为对硝基苯-β-D-半乳糖苷(p-Nitrophenyl-β-D-Galactopyranoside,p NPG)时的比酶活225.07 U/mg,米氏常数Km值和最大反应速率Vmax分别为0.268mmol/L、547.23μmol/(L·min);1mmol/LK+、1 mmol/L和10 mmol/L Fe2+、30%甲醇、30%乙醇、1 mmol/L和10 mmol/L盐酸胍对酶活都有促进作用,30%TritonX-100及10 mmol/L SDS抑制其酶活效果较为明显;该酶受到产物葡萄糖的反馈抑制,葡萄糖浓度越高,抑制效果越明显,但当葡萄糖浓度为1 mol/L时,酶活仍保持50%以上。【结论】Bgl747反应温度范围较广且稳定,酶学性质优异,为其在纤维素降解等工业应用奠定基础。     

黑曲霉NRRL3135 bgl基因的克隆及序列分析

利用RT-PCR技术从黑曲霉菌株NRRL3135中扩增了β-葡萄糖苷酶(BGL)基因的全长cDNA序列,被命名为bgl3135(GenBank登录号:FN430671)。对该基因编码的BGL进行了同源性分析并预测了其三维构象。试验结果表明,bgl3135的全长cDNA为2598bp,含有一个2583bp的开放阅读框(ORF),编码一个长度为860个氨基酸残基的蛋白质。同源性分析表明,该基因编码的蛋白与来自黑曲霉As3.350和CBS513.88的BGL(GenBank登录号分别为DQ655704和XM_001398779)的相似性最高,其氨基酸序列同源性分别达99%。参照已发表的β-葡萄糖苷酶(BGL)的氨基酸保守序列,判断本研究所克隆的bgl基因属于糖苷水解酶基因家族3的成员。三维结构预测表明,该BGL的立体构象中存在20个α-螺旋和15个β-折叠,对构成和维持酶的底物识别和催化活性位点可能起着重要作用。     

白蚁肠道元基因组来源高温β-葡萄糖苷酶Bgl17的酶学性质

【目的】对短角球白蚁(Globitermes brachycerastes)肠道元基因组文库中筛选得到的一个新型β-葡萄糖苷酶编码基因bgl17进行酶学性质研究。【方法】通过克隆与异源表达得到纯的Bgl17酶蛋白,根据Bgl17对底物的水解活性测定其稳定性及动力学参数,利用薄层层析确定其水解产物。【结果】该酶属于糖基水解酶第一家族(GHF1),对其特异性底物4-硝基苯基-β-D-吡喃葡萄糖苷(pNPGlc)的最适反应温度为70 °C,最适pH为5.0。在最适反应条件下,该酶以pNPGlc为底物比活力为115.69 U/mg,以水杨苷为底物比活力为297.39 U/mg。以pNPGlc为底物时,其动力学参数Km值和Vmax分别为0.81 mmol/L和227.27 μmol/(mL·min)。在稳定性方面,该酶在50 °C处理1 h仍可保持50%的活性,在pH 5.0和6.0条件下,该酶的半衰期为1 h。【结论】该酶在较高的温度下具有较高的活性,且对水杨苷水解活性高,这点不同于已知的β-葡萄糖苷酶,推测其更有利于木质纤维素复杂结构的降解;该酶的最适温度远高于白蚁生存环境温度,可为研究白蚁降解纤维素的机理提供参考。     

花生白藜芦醇合酶基因的克隆与生物信息学分析

利用Protparam、iPSORT prediction、ProtScale、SOPMA、Swiss-Modeling和Scan Prosite等生物信息学工具分别对其理化性质、信号肽、疏水性、亲水性、二级结构和三级结构进行分析。以花生粤油45总DNA和总RNA为模板,采用PCR和RT-PCR技术克隆花生白藜芦醇合酶基因的DNA和cDNA序列,并利用SWISS-PROT、DNAMAN等生物信息学工具对其基因和蛋白质序列进行了分析。测序结果显示,该基因的DNA和cDNA序列长度分别为1 498 bp和1 251 bp,cDNA序列具有完整的开放性阅读框,编码389个氨基酸的多肽。该白藜芦醇合酶氨基酸368-378位点上存在芪合酶家族的特征位点GVLFGFGPGLT。同源性分析表明,其碱基序列与已报道的花生白藜芦醇合酶基因的一致性为99%,其氨基酸序列与已报道的花生白藜芦醇合酶氨基酸序列的一致性为100%。     

麦洼牦牛TF基因的克隆及蛋白质结构分析

[目的]探讨麦洼牦牛转铁蛋白(Transferrin,TF)的结构及生理功能。[方法]采用RT-PCR方法,从麦洼牦牛心脏克隆出TF基因,并运用多种生物信息学软件对其进行核苷酸序列及蛋白质结构分析。[结果]克隆得到的麦洼牦牛TF基因开放阅读框为780 bp,编码259个氨基酸,分子质量为28.33 k Da,理论等电点8.57,不含跨膜区域,存在信号肽序列,二级结构以随机卷曲和α-螺旋为主,无β-折叠,同源建模预测出牦牛TF蛋白与猪血清转铁蛋白有相似的三级结构,同源性可达71.91%。[结论]成功克隆了麦洼牦牛TF基因并分析了其蛋白质结构,为进一步研究TF蛋白功能提供理论基础。     

源于红树林的新型脂肪酶Lip906生物信息学分析

本研究利用生物信息学在线软件对脂肪酶Lip906的二级结构和模体信息进行预测,同时对其三级结构进行同源建模和模建结果质量评价,预测该蛋白质的活性位点信息,旨在从蛋白质序列特征和分子结构水平理解其在酯类水解过程中的作用。结果表明,模建的Lip906蛋白结构品质较高,具有7段α-螺旋和2组β-折叠结构,是一个典型的α/β类蛋白,表面呈弱负电势分布;Lip906蛋白具有5个不同模体,可能参与不同生化反应或执行不同的功能。这些研究结果对理解Lip906蛋白功能以及配基结合位点定位非常重要,也为脂肪酶Lip906的突变设计提供了理论基础。     

毕赤酵母表达的嗜热蓝状菌β-葡萄糖苷酶N-糖基化修饰的作用与功能

【目的】研究N-糖基化对来源于嗜热蓝状菌β-葡萄糖苷酶(β-glucosidase,Bgl3A)的酶学性质影响。【方法】采用定点突变技术构建了3个去N-糖基化的突变体T44A、S228A、S299A,并分别在毕赤酵母GS115中表达纯化。【结果】与野生型Bgl3A相比,突变体S228A分泌蛋白产量极低,仅能微量检测到p NPG活性;突变体T44A和S299A的最适pH和最适温度没有改变,分别为4.0和75°C,但二者的T_m值和70°C下的热稳定性都明显优于野生型。以p NPG为底物时,突变体S299A和T44A的催化效率分别降低了14.5%和70.0%;以纤维二糖为底物时,T44A的催化效率基本不变,而S299A的催化效率提高了1.1倍。【结论】Bgl3A不同位点的N-糖基化修饰对酶的分泌和酶学性质的影响具有明显差异。其中,N226位的N-糖基化在维持酶的表达和功能方面至关重要,而去除N297位点的N-糖基化可以提高酶的热稳定性及对纤维二糖的催化效率。     

用毕赤酵母表达理氏木霉的β-葡萄糖苷酶基因

目的:为提高β-葡萄糖苷酶的产量,用毕赤酵母取代理氏木霉用于生产,以弥补理氏木霉在大规模生产中的缺陷。方法:用套叠PCR法从理氏木霉基因组中扩增β-葡萄糖苷酶基因(bglⅠ)。用T4DNA连接酶和限制性DNA内酶将bglⅠ重组于P.pastoris表达载体pPIC9K的多克隆位点,获得含bglⅠ的重组表达载体pPIC9K-bglⅠ。通过电转法将其pPIC9K-bglⅠ载体转化于P.pastoris基因组,筛选高G418抗性以及高表达bglⅠ酶的重组子作为工程菌。结果:用BMGY-BMMY培养基体系,在摇瓶中发酵48 h,表达BglⅠ30 mg/L,在P.pastoris中表达的BglⅠ能水解对硝基苯-β-D-葡萄糖苷具有β-葡萄糖苷酶活性。其酶活力为56 U/L发酵液。结论:通过这种方法,可以成功地用毕赤酵母表达理氏木霉的β-葡萄糖苷酶基因。