赭曲霉11α羟化酶的克隆表达及关键氨基酸位点分析

11α,17α-双羟基黄体酮是甾体激素类药物的重要中间体,工业上主要利用霉菌对17α-羟基黄体酮的11α羟化反应制备。对赭曲霉的11α羟化酶及其关键氨基酸位点展开研究,为深入解析酶的催化机理提供基础数据。利用底物转化实验探究了10个羟化反应常用霉菌对17α-羟基黄体酮的转化能力,考察了赭曲霉来源的11α羟化酶CYP68J5在不同表达系统中的活性,借助结构预测、分子对接和定点突变等手段对CYP68J5的关键氨基酸位点进行解析。结果表明,赭曲霉的转化能力最强,转化时间60 h的摩尔产率达到最大值,为78.55%;其羟化酶CYP68J5在酿酒酵母中的表达活性最高;位于底物结合口袋附近的D118、F216、M488是CYP68J5的关键氨基酸位点,这些位点在维持酶的结构稳定性上发挥重要作用,是后续分子改造的潜在重要靶点。     

细胞色素P450还原酶与CYP17的共表达及其功能分析*

17α-羟基黄体酮(17α-OH-PROG)是甾体激素类药物的关键中间体,其生物合成主要由细胞色素单加氧酶(CYP17)催化生成。在此过程中,细胞色素 P450还原酶(cytochrome P450 reductase,CPR)作为细胞色素P450 酶电子传递链的重要组成部分,直接影响CYP17的催化效率。为研究不同来源CPR与17α-羟化酶的适配性,首先以人源17α-羟化酶作为研究对象,构建了表达质粒pPIC3.5k-hCYP17,获得了重组毕赤酵母菌株。其次筛选获得3种不同来源CPR,构建了表达质粒 pPICZX-CPR,获得17α-羟化酶与CPR共表达菌株,并在毕赤酵母中进行转化实验,对转化产物进行薄层色谱(TLC)和高效液相色谱(HPLC)分析。结果显示,重组菌株具有17α-羟化酶活性,能够催化黄体酮生成目标产物17α-OH-PROG 以及副产物16α-羟基黄体酮(16α-OH-PROG)。不同来源的CPR与17α-羟化酶共表达与仅表达17α-羟化酶的产率相比均有所提高,其中hCPR-CYP17共表达菌株表现出最高的转化水平,17α-OH-PROG产率提高42%。上述结果表明:17α-羟化酶基因与CPR共表达能够提高其黄体酮17α-羟基化水平。为甾体黄体酮17α-羟基化的生物催化研究提供思路,对甾体药物的工业生产具有重要意义。     

微生物合成11α-羟基-16α,17α-环氧孕酮的动力学

对耐温黑根霉菌丝体催化16α,17-α-氧孕酮生成11α-羟基-16α,17α-环氧孕酮的反应体系进行了研究,考察了不同反应时间、不同菌体量和底物质量浓度对11α-羟化反应的影响,建立了相应的动力学模型,其方程为r=0.031Sr/1.05＋Sr。结果表明：提高菌体质量浓度有利于提高反应速率;底物浓度与反应初速率的关系与米氏方程相似。     

中国人21-羟化酶缺乏症基因型和临床表型特点研究

利用快速可靠的基因突变检测方法研究中国人21-羟化酶缺乏症(21-hydroxylase deficiency ,21-OHD)基因突变特点及基因型和临床表型的关系.用8例非经典型患者、35例经典型患者及34例正常对照者基因组DNA作模板,用特定引物特异性扩增CYP21的两个片段,片段1从Exon1→Exon3,片段2从Exon3→Exon10.用片段1和片段2为模板进行第二轮PCR,用特定限制性内切酶消化后经琼脂糖凝胶电泳鉴定9种突变,包括Del、Exon3 Del8 bp、Q318X、 R356W、Exon6Cluster、i2g、I172N、P30L和 V281L.结果表明,43例患者的86个等位基因中的79个(91.9%)检测出突变,最常见的是I172N(36.0%),其次为i2g(20.9%)、Del(8.6%)、P30L(7.0%)、Q318X(7.0%)、V281L(4.7%)、R356W(2.3%)、E6Cluster(2.3%)和Exon3 Del8 bp(1.2%).失盐型、单纯男性化型和非经典型21-羟化酶缺乏症各临床分型中最常见的突变分别是 Del(44.4%)、I172N(44.2%)和 P30L(37.5%).另外根据对21-羟化酶活性影响程度将基因型分为轻、中、重3组,3组间初诊年龄、17-羟孕酮(17-OHP)、该病亚型构成均存在显著差异(P<0.05),提示基因型决定临床表型.研究结果表明,中国人21-OHD最常见的突变为I172N、i2g和Del,中国人21-OHD基因型和临床表型密切相关.     

鞘糖脂内切糖苷酶的半理性设计

[目的]对鞘糖脂内切糖苷酶EGCaseⅡ进行半理性设计,获得高水解活性突变体。[方法]用半理性设计方法进行突变库设计,利用HPLC对突变库进行筛选,随后对阳性突变体进行动力学及底物谱表征,并利用结构建模对活性提高的分子机制进行解析。[结果]获得了对鞘糖脂GM1、GM3水解活性提高的突变体S63G/D311E、I276L/D311V,活性分别提高为野生型的25.3倍、11.8倍。酶动力学表征显示,S63G/D311E的K_M由0.17 mmol/L降低到0.06 mmol/L,kcat由5.5 min~(-1)增大到50.3 min~(-1)。酶-底物复合物模式结构分析表明,D311E、D311V、I276L这几种突变更有利于酶与底物结合,从而提高酶活性。[结论]通过半理性设计成功获得对GM1和GM3水解活性分别提高25.3倍和11.8倍的EGCaseⅡ突变体。     

α-环糊精糖基转移酶活性区域突变提高选择形成γ-环糊精能力

探讨α-环糊精糖基转移酶(CGT酶)活性区域-3亚位点(47位赖氨酸残基),-7亚位点(146~152位氨基酸残基)以及环化中心位点(195位酪氨酸残基)对其催化底物形成γ-环糊精(CD)能力的影响。将α-CGT酶相应位点分别进行如下突变:K47T,Y195I,以及146~152位氨基酸残基替换为异亮氨酸(命名为△6),并在大肠杆菌BL21中实现异源活性表达。以可溶性淀粉作为底物进行转化,利用HPLC分析各种突变酶的催化产物中3种环糊精产量和比例。结果表明,和野生酶相比,所有突变酶的淀粉水解活性和环糊精总生成量都有不同程度的下降。在产物的组成方面,突变酶Y195I的催化产物中,α-CD的含量由68%降为30%,β-CD由22.2%提高为33.3%;而γ-CD由8.9%提高为36.7%,含量提高了4倍,取代α-CD成为产物中的主要成分;γ-CD的实际产量为1.1 g/L,是野生酶(0.4 g/L)的3倍。突变酶K47T和△6的转化产物中α-CD比例有不同程度下降,但仍然是产物中的主要组分,β-和γ-CD的比例都有所增加。由此可见,活性区域中195位氨基酸对于α-CGT酶的活力和催化选择性具有重要的影响,Y195I突变体酶最有利于选择性形成γ-CD。纯化后突变酶Y195I的酶学性质试验表明,其最适反应温度和野生酶相同,但最适反应pH有所提高,且比野生酶具有更好的pH稳定性。因此,突变酶Y195I具有生产制备γ-CD的潜力。     

头孢菌素C酰化酶突变位点的研究

头孢菌素C酰化酶能直接将头孢菌素C(CPC)转化为7-氨基头孢烷酸(7-ACA),此一步酶法具有很大的经济价值,所以得到很多研究者的关注,特别是提高CPC酰化酶活性及专一性的研究。以CPC酰化酶基因ecs50为基础,利用重叠延伸PCR,对文献报道的活性提高的突变体酶S12的6个位点分别进行突变,将得到的6个突变体V122A、G140S、F297N、I314T、I415V、S710L进行诱导纯化后,检测酶活,以此来研究不同突变位点对酶活力的影响。结果 V122A的比活为106U/mg,它的转化效率比初始酶提高23.7%。     

葡枝根霉NG0305酶催化甾体C11α-羟基化的研究

应用本实验室保藏的葡枝根霉Rhizopus stolonifer NG0305对甾体化合物烯睾丙内酯(3-oxo-4,6-diene-Pregna-17-aloha-hydroxy-21-carboxylic acid gama-lactone)进行酶催化C11α-羟基化反应的研究。研究结果表明,菌体培养的碳源供应对菌体所产羟化酶的活力有重要影响。采用葡萄糖和淀粉组合碳源,并加入适量的黑曲霉糖化酶的方式,解决了葡萄糖抑制的问题,并缩短了菌体培养反应时间,得到高羟化转化率。酶转化反应88h后,提取吸附在菌丝球内的产物,应用液相色谱测定,结果表明C11α-羟基化转化率达到了53．0％。     

一种新的荧光孕酮探测鸡输卵管孕酮受体

我们用化学合成的方法,制备了6S(α-氨基丙酸)-异硫氰酸荧光素-孕酮(简称:6NHPF),对鸡的输卵管孕激素受体(PR)进行了观察。发现PR存在于腔上皮细胞核,在平滑肌肌细胞及输卵管近泄殖腔端不存在PR。在输卵管相邻的组织切片上用孕酮或6NHPF的中间体化合物抑制剂,发现对合成的荧光孕酮都能够竞争性抑制,证实了这种新的,亲水性的小分子荧光孕酮能与PR特异性地结合。     

四氢嘧啶羟化酶的研究进展

作为相容性物质,5-羟化四氢嘧啶不仅可以调节渗透压,还可以稳定蛋白结构,在医药、生物制造和化工行业具有广阔的发展前景。四氢嘧啶羟化酶属于Fe2+与2-酮戊二酸依赖型双加氧酶超家族,主要催化四氢嘧啶生成5-羟化四氢嘧啶。我们简要介绍了四氢嘧啶羟化酶的基因来源、活性检测、蛋白结构、催化机理及活性中心等方面的研究进展。     

疏水性氨基酸的羟基化研究进展

羟基化氨基酸在生物技术和分子生物学中具有独特价值,具有抗真菌、抗菌、抗病毒和抗癌的特性。通过比较化学合成与生物催化合成羟基氨基酸的异同,选择具有高对映结构选择性的生物催化合成方法成为羟基氨基酸合成的首选。生物催化实现疏水性氨基酸的羟基化和羟化酶紧密相关,而羟化酶又是单核非血红素Fe(Ⅱ)和α-酮戊二酸依赖型双加氧酶(Fe/αKGDs)的一种,Fe/αKGDs存在共性催化机制。因此,疏水性氨基酸在被催化的过程中,会利用关键中间体高价铁-超氧复合体(Fe(Ⅳ)=O)引起多种氧化转化,从而完成羟基化过程。文中就疏水性氨基酸的羟基化合成及功能应用,尤其是(2S,3R,4S)-4-羟基-异亮氨酸(4-HIL)和羟脯氨酸,进行了详细的阐述,探讨了Fe/αKGDs的共性催化反应机制,并对羟基氨基酸在基础研究和工业中的应用进行了综述。     

芳香族氨基酸羟化酶家族结构与催化功能

芳香族氨基酸羟化酶(AAAH）家族是一类单加氢酶,包括苯丙氨酸羟化酶(PAH)、酪氨酸羟化酶(TH)和色氨酸羟化酶(TPH). 在辅因子四氢生物蝶呤、铁原子及氧存在下,分别催化苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸的羟化反应. 多种疾病如苯丙酮尿症、帕金森氏病以及神经相关疾病的发病机制均与这类酶有关. 本文综述近年来对芳香族氨基酸羟化酶家族蛋白结构功能、底物特异性、催化机制等方面的研究进展,为该类酶的定向进化及功能应用提供新思路.     

藻蓝蛋白裂合酶CpeS色氨酸定点诱变及体内重组功能研究

为了研究藻蓝蛋白β亚基Cys-84裂合酶CpeS结构与功能的关系以及色氨酸残基对于该酶功能的影响,构建了藻蓝蛋白β亚基Cys-84裂合酶CpeS的两个色氨酸突变体,分别为CpeS（W14I）和CpeS（W75S）。通过体内重组检测酶活性的变化,研究色氨酸残基的突变对裂合酶催化活性的影响。重组结果显示：突变体CpeS（W14I）的催化活性几乎完全丧失,为野生型的8％;突变体CpeS（W75S）的催化活性为野生型的76％。由此推测,第14位色氨酸可能是CpeS酶活性的必需氨基酸,其所处的位置可能是裂合酶CpeS的活性位点。     

基于多重计算设计策略提高枯草芽孢杆菌脂肪酶的热稳定性

提高酶的热稳定性是生物催化领域的热点和难点,计算机辅助的理性设计相比于传统的定向进化更加高效,在酶工程领域中的应用越来越广泛和深入。文中以枯草芽孢杆菌脂肪酶A为模式蛋白,首先,利用Rosetta-VIP计算设计对酶的结构空腔进行分析,选择了16个有利于结构空腔填充(ΔΔE0)的单点突变,并以突变位点的溶剂可及表面积和进化保守性为二次筛选依据,测定了其热稳定性与酶活性。有6个单点突变体(F17A、V74I、L114P、I135V、M137A、I157L)的热稳定性得到了提高,其中Tm值最大提高3.18℃。结果表明,单点突变体满足ΔΔE越低、蛋白溶剂可及表面积减少且符合序列保守性,则得到保留原有酶活力的正向突变的可能性越大。此外,将热稳定性提高的6个单点突变进行迭代组合突变,两点组合突变体的Tm最大提高4.04℃,三点组合突变体的Tm最大提高5.13℃,四点组合突变体的Tm提高了7.30℃,六点组合突变体的Tm提高了7.43℃。因此,基于酶的分子结构的空腔分析、溶剂可及表面积及氨基酸序列保守性计算的多重虚拟筛选方法,可有效提高酶的热稳定性。     

枯草蛋白酶E的定点突变及其对酶性质的影响

用定点突变的方法研究S221C/P225A,N118S/S221C/P225A,D60N/S221C/P225A和Q103R/S221C/P225A突变对蛋白酶活性,酯酶活性与蛋白酶活性之比的影响。结果表明：S221C/P225A突变使蛋白酶活性比枯草蛋白酶E低73000多倍,酯酶活性与蛋白酶活性之比是Subtiligase的3倍;N118S/S221C/P225A突变使蛋白酶活性和酯酶活性分别比S221C/P225A突变下降3.6倍和15倍,酯酶与蛋白酶活性之比下降4倍,同时增加变体酶的热稳定性;D60N/N118S/S221C/P225A突变使蛋白酶活性比N118S/S221C/P225A突变体下降15倍,但对酯酶活性几乎没有影响,酯酶与蛋白酶活性之比增加14倍,分别是S221C/P225A突变体和Subtiligase的3.3倍和10.3倍;但是,Q103R/N118S/S221C/P225A突变使蛋白酶活性比N118S/S221C/P225A突变体增加5倍,酯酶活性下降55倍,酯酶与蛋白酶活性之比下降1000倍。     

细菌视紫红质 E204Q 和 I119T/T121S/A126T突变体的构建及其功能研究

应用定点突变的方法获得了细菌视紫红质 (bacteriorhodopsin , BR) 的单突变体 BR_E204Q和三突变体 BR_{I119T/T121S/A126T}. 通过功能研究发现, BR 蛋白的单突变体 BR_E204Q的 M 态寿命为 7.10 ms ,三突变体 BR_{I119T/T121S/A126T}的 M 态寿命为 8.23 ms ,均较野生型 BR 蛋白 (6.23ms) 有所延长,三突变体表现得更为显著,其 M 态延长时间可超出野生型的 32％. 同时单突变体 BR_E204Q和三突变体 BR_{I119T/T121S/A126T}的质子泵功能也均有改变,都比野生型 BR 蛋白有所下降,其中三突变体 BR_{I119T/T121S/A126T}下降得更为明显.     

定向进化提高嗜热拟青霉J18耐热β-1,3-1,4-葡聚糖酶在酸性条件下的催化能力

应用定向进化技术提高了嗜热拟青霉Paecilomyces thermophila J18耐热β-1,3-1,4-葡聚糖酶(PtLic16A)在酸性条件下的催化能力.结合易错PCR和DNA改组的方法,构建了β-葡聚糖酶的突变体文库;利用刚果红染色法建立了阳性克隆的高通量筛选体系.筛选得到的突变酶PtLic 16AM1的反应最适pH由7.0变化至5.5,且保持了原有的耐热性和比酶活.突变酶的DNA序列中有4个点位发生突变,引发了4处氨基酸替换,分别是T58S、Y110N、G195E和D221G.结构模拟结果显示,发生突变的4个氨基酸位点中,Y110N位置靠近酶活性中心,而T58S、G195E和D221G则离酶活性中心较远,其中T58S、G195E可能对酶最适pH的变化起到了关键作用.     

尿激酶催化结构域在毕氏酵母中的表达、纯化及结晶

利用重叠延伸PCR方法扩增尿激酶催化结构域的突变体基因片段,将其克隆至表达载体pPICZαA上,转化酵母X-33,用Zeocin筛选高拷贝数的酵母菌落.重组蛋白通过阳离子琼脂糖柱纯化,纯度达到99%,该仅含尿激酶催化结构域的突变体(C279A/N302Q),无需激活即具有尿激酶活性.用气相扩散法获得蛋白质晶体,其衍射分辨率达1.45!.     

鉴别杰多霉素生物合成后修饰氧化酶JadH中参与底物结合或催化的关键残基

JadH是羟化脱水双功能酶,参与杰多霉素生物合成中的聚酮后修饰反应,将2,3-dehydro-UWM6催化为dehydrorabelomycin。为了分析杰多霉素生物合成途径中后修饰氧化酶JadH结合、催化底物的关键氨基酸,构建了JadH与底物复合物的三维结构模型。利用该模型并结合JadH同源蛋白氨基酸序列比对分析,推测出JadH活性中心中可能参与底物结合或催化的关键氨基酸(R50、G51、L52、G53、F100、R221、I223、P295和G298)。通过定点突变及体外酶学实验对这些位点的突变体的催化活性进行评价,结果显示这些突变株活性均显著低于野生型,表明这9个氨基酸是JadH参与底物结合或催化的关键氨基酸。     

α-L-鼠李糖苷酶特性简述及影响酶活的因素

α-L-鼠李糖苷酶是一个非常重要的工业酶,广泛分布于各种生物中。不同来源的α-L-鼠李糖苷酶具有多样性。细菌来源的α-L-鼠李糖苷酶的最适pH接近中性或偏碱性,而真菌来源的α-L-鼠李糖苷酶的最适pH在酸性范围。除此之外,不同来源的α-L-鼠李糖苷酶在最适温度、热稳定性和底物特异性等方面也不尽相同,酶学性质的差异,决定了其在工业应用时所具有的优势和限制。因此,分析不同来源的α-L-鼠李糖苷酶的酶学性质、阐明其在催化机制和底物特异性等方面的异同点、探究底物的糖苷配体和金属阳离子对酶活性的影响以及L-鼠李糖和葡萄糖对酶的竞争性抑制作用,可以为工业生产中准确选择α-L-鼠李糖苷酶提供参考,进一步推动该酶的工业化应用进程。