放线菌环二肽类活性天然产物生物合成研究进展

环二肽(cyclodipeptide,CDP)是一类由2个α-氨基酸缩合而成的最小环肽分子,也可称为二酮哌嗪类化合物(diketopiperazines,DKPs)。CDP具有稳定的DKP环状骨架结构,活性广泛而显著,药用前景良好,发掘意义重大。放线菌是重要的CDP生产菌,同时具有非核糖体肽合成酶(nonribosomal peptide synthetase, NRPS)与环二肽合酶(cyclodipeptide synthase, CDPS)两种DKP骨架合成催化酶,并从中发现多种骨架结构修饰酶,研究开发价值巨大。本文系统介绍了放线菌CDP类活性化合物的DKP骨架合成途径及其结构修饰机制两方面的研究工作,以期为新型CDP类天然产物的发掘、新颖CDP分子生物合成机制的阐明及合成生物学设计与应用等领域的研究与实践提供参考。     

海洋微生物中二酮哌嗪类化合物的研究进展

二酮哌嗪类化合物的基本结构是由两个氨基酸缩合而成的环二肽, 因其骨架具有稳定的六元环结构, 且有两个氢键给体和两个氢键受体, 使得DKPs具有较强的生物活性和药理活性, 在药物化学中成为一个重要的药效团。近年来从海洋微生物中发现一系列环二肽类化合物, 研究表明其功能不局限于抗菌、细胞毒活性等方面,在群体感应调控机制中也充当着信号分子的重要角色, 已成为化学生态学的研究热点。本文综述了近年来二酮哌嗪类化合物在海洋微生物代谢产物中的研究进展, 并对其研究方向进行了讨论和展望。     

氨酰-tRNA合成酶对tRNA的识别

氨酰-tRNA合成酶(aaRS)与tRNA的相互作用保证了蛋白质生物合成的忠实性. 氨酰-tRNA合成酶对tRNA识别的专一性依赖于aaRS特定的催化结构域和tRNA分子特异的三级结构构象. 反密码子和接受茎(包括73位)在大多数aaRS对tRNA分子的识别过程中起着关键作用, 其他部位如可变口袋、可变(茎)环等, 甚至修饰核苷酸对于一些识别过程也有重要作用.     

非核糖体肽合成酶缩合结构域基因片段克隆

从大连渤海海域筛选出1株放线菌L1,结合形态观察、生理生化实验和16S rDNA分子鉴定,确定L1属于链霉菌属球孢链霉菌(Streptomyces globisporus)。根据GenBank发布的非核糖体肽合成酶(NRPS)序列设计引物,从放线菌L1的基因组DNA中扩增获得NRPS基因片段。测序结果及比对分析表明该片段属于NRPS缩合结构域部分序列。三维建模显示其结构呈V型,包含缩合结构域核心序列,与数据库已知结构相一致,可以推断该克隆片段为NRPS缩合结构域基因片段,为后续深入研究缩合结构域特异性与相关NRPS功能提供基础。     

吡咯赖氨酸：第 22 种参与蛋白质生物合成的氨基酸

吡咯赖氨酸在产甲烷菌的甲胺甲基转移酶中发现,是目前已知的第 22 种参与蛋白质生物合成的氨基酸,与标准氨基酸不同的是,它由终止密码子 UAG 的有义编码形成 . 与之对应的在产甲烷菌中也含有特异的吡咯赖氨酰 -tRNA 合成酶 (PylRS) 和吡咯赖氨酸 tRNA (tRNA^Pyl). tRNA^Pyl具有不同于经典 tRNA 的特殊结构 . 产甲烷菌通过直接途径和间接途径这两种途径生成吡咯赖氨酰 -tRNA^Pyl(Pyl-tRNA^Pyl) ,它还可能通过 mRNA 上的特殊结构以及其他还未发现的机制,控制 UAG 编码成为终止密码子或者吡咯赖氨酸 . 比较了吡咯赖氨酸与另一种非标准氨基酸,第 21 种氨基酸———硒代半胱氨酸的相似点与不同点 .     

寡腺苷酸合成酶家族蛋白调控抗病毒天然免疫应答的研究进展

寡腺苷酸合成酶(Oligoadenylate synthetase,OAS)家族蛋白是典型的抗病毒蛋白,其家族成员寡腺苷酸合成酶1～3(OAS1～3)和寡腺苷酸合成酶样蛋白(Oligonucleotide synthase-like protein synthetase,OASL)在抗病毒天然免疫应答中发挥着重要作用。病毒感染机体后,细胞分泌的干扰素(Interferon,IFN)会诱导寡腺苷酸合成酶家族蛋白合成,其可通过核糖核酸酶L(RNase L)依赖途径和非依赖途径发挥抗病毒作用。本综述主要讨论寡腺苷酸合成酶家族蛋白的抗病毒机制与抗病毒临床应用的相关研究进展。     

细菌基因组序列中ε-聚赖氨酸合成酶的生物信息学识别与分析

【目的】ε-聚赖氨酸的合成由ε-聚赖氨酸合成酶(Pls)所控制,考察Pls在细菌中的分布和保守的序列特征。【方法】基于Pls的作用机制,在蛋白序列中识别与底物结合和缩合相关的结构域,以及决定底物特异性的氨基酸残基,进而在已测序基因组中预测Pls。【结果】发现110个已测序的基因组中编码113个预测的Pls,主要分布在放线菌中,也在两株革兰氏阴性菌中被发现。一些亲缘性较高菌株的Pls一致性较高。【结论】Pls在放线菌中可能广泛分布。Pls的腺苷化、巯基化和底物缩合结构域有相对较高的序列保守性,而跨膜结构域和Linker区相对不保守。     

气相色谱-质谱定量检测水产品腐败菌群体感应DKPs信号分子

【目的】为了分析水产品腐败菌群体感应的新型信号分子二酮哌嗪(DKPs)化合物,建立一种简便、灵敏的气相色谱-质谱(GC-MS)定量检测方法。【方法】通过优化气相色谱和质谱条件、培养基和提取溶剂建立定量检测方法,确定Cyclo-(L-Pro-L-Gly)、Cyclo-(L-Pro-L-Leu)、Cyclo-(L-Leu-L-Leu)和Cyclo-(L-Pro-L-Phe)4种DKPs标准品的特征离子,并检测水产品腐败菌荧光假单胞菌(Pseudomonas fluorescens)和波罗的海希瓦氏菌(Shewanella baltica)中的DKPs。【结果】4种DKPs化合物在1-200 mg/L范围内线性良好,检测限为0.06、0.10、0.06和0.04 mg/L,定量限为0.16、0.18、0.14和0.12 mg/L,回收率为51.8%-88.5%,标准偏差为1.4%-8.3%。以LB培养基为细菌培养基,氯仿作为萃取溶剂,检测的DKPs含量较高。两种水产品腐败菌都检测到DKPs活性,主要种类为Cyclo-(L-Pro-L-Leu)和Cyclo-(L-Pro-L-Phe)。随着两种细菌的生长,培养上清中DKPs含量显著增加,在12 h达到最高。【结论】建立了检测细菌DKPs的GC-MS定量方法,具有较高精密度、准确度,能够准确定量分析4种DKPs的含量。为探究水产品特定腐败菌DKPs的调控机制奠定基础。     

封面说明

色氨酰ｔＲＮＡ合成酶 (ＴｒｐＲＳ)在蛋白质合成系统中具有非常重要的地位。通过蛋白质同源模建得到了枯草杆菌 (Ｂａｃｉｌｌｕｓｓｕｂｔｉｌｉｓ)色氨酰ｔＲＮＡ合成酶的三维结构。模建结果对色氨酰ｔＲＮＡ合成酶可能与ｔＲＮＡＴｒｐ结合的方式给出了预测。ｔＲＮＡＴｒｐ是跨亚基与ＴｒｐＲＳ相互作用的。一个ｔＲＮＡＴｒｐ分子的反密码环和氨基酸接受茎分别与一个ＴｒｐＲＳ的两个亚基相互作用。图中所示 ,红色和黄色分别代表两个ｔＲＮＡＴｒｐ分子 ,绿色和蓝色分别代表ＴｒｐＲＳ的两个亚基。　　ＴｈｅＦｒｏｎｔＣｏｖｅｒＳｈ…     

罗汉果查尔酮合成酶基因的生物信息学分析

查尔酮合成酶(chalcone synthase,CHS)是类黄酮生物合成的关键酶,在植物发育、防止UV损伤、抗病和逆境反应中起着重要作用。本研究通过EST测序,获得了罗汉果查尔酮合成酶基因序列(登录号:GU980155)。为了进一步了解罗汉果查尔酮合成酶基因的特征,我们将其与46种植物的查尔酮合成酶基因的核酸序列和氨基酸序列进行比对和进化分析。结果表明,罗汉果查尔酮合成酶基因的核酸序列和氨基酸序列与其它物种的查尔酮合成酶基因均具较高同源性,编码区相似性约为94%。使用PHYLIP和MEGA4分别构建了邻接树、最大似然树和最大简约树,但经bootstrap检验,最优树未能明确罗汉果查尔酮合成酶基因的系统发育地位。以紫花苜蓿查尔酮合成酶的三维结构为参考,利用同源建模的方法预测了罗汉果查尔酮合成酶的三维结构,发现罗汉果查尔酮合成酶具有保守的活性位点和空间结构。     

Some aspects of cellulose biosynthesis

The paper is focused on two groups of proteins inevitably important for cellulose biosynthesis in vascular plants. These are cellulose synthases and chitinase-like proteins. Cellulose synthases have been the subject of much research, and current conceptions and recent findings are reviewed in this paper. Severe effects of mutations and expression analysis have recently shown that chitinase-like proteins are crucial components of cellulose biosynthesis. However, understanding of their precise function is missed. Further research is to be prompted by an effective idea on it. I propose that chitinase-like proteins could play a role in the assembly of nascent glucan chains into microfibrills. Therefore, cellulose synthases and chitinase-like proteins are possibly sequential elements of the cellulose biosynthesis.     

萜类合成酶定向进化的新思路

萜类化合物是天然产物中种类最多且主要存在于植物和微生物体内的一类化合物。随着越来越多具有应用价值的萜类化合物被挖掘,其应用前景引起了人们的关注,但由于含量低、提取成本高等缺点,因此制约了萜类化合物的广泛应用。合成生物学的兴起,为异源合成具有应用价值的萜类化合物提供了新思路,使构建定向、高效的微生物细胞工厂成为现实。萜类合成酶常作为萜类化合物异源合成代谢调控的靶酶,但天然的萜类合成酶存在催化效率低、底物专一性差、立体/区域选择性差、稳定性差等问题,严重影响萜类化合物的产量。萜类合成酶的定向进化可以有效地解决上述问题,为实现微生物细胞工厂异源、高效合成萜类化合物奠定基础。本文综述了近年来酶的定向进化技术的最新进展及应用,并提出了萜类合成酶定向进化的策略。     

Potato starch synthases: Functions and relationships

Starch, a very compact form of glucose units, is the most abundant form of storage polyglucan in nature. The starch synthesis pathway is among the central biochemical pathways, however, our understanding of this important pathway regarding genetic elements controlling this pathway, is still insufficient. Starch biosynthesis requires the action of several enzymes. Soluble starch synthases (SSs) are a group of key players in starch biosynthesis which have proven their impact on different aspects of the starch biosynthesis and functionalities. These enzymes have been studied in different plant species and organs in detail, however, there seem to be key differences among species regarding their contributions to the starch synthesis. In this review, we consider an update on various SSs with an emphasis on potato SSs as a model for storage organs. The genetics and regulatory mechanisms of potato starch synthases will be highlighted. Different aspects of various isoforms of SSs are also discussed.     

植物单萜合酶研究进展

单萜广泛存在于植物树脂和挥发油中,在植物生长发育和进化过程中发挥着重要作用,且在医药和生态农业等方面有着重要应用.这类物质是由质体内的5-磷酸脱氧木酮糖(1-deoxy-D-xylulose-5-phosphate,DXP)途径合成,单萜合酶(monoterpene synthases,mono-TPS)是单萜生物合成的关键酶,决定了单萜结构的多样性.综述了植物单萜合酶催化机理、系统发育与谱系分化、基因表达调控、基因克隆及代谢工程等方面的研究进展,探讨了其生态学研究意义和发展前景.     

DKPs对解淀粉芽孢杆菌Q-426抗菌活性物质基因表达量的影响

目的:解淀粉芽孢杆菌Q-426在其生长过程中能够产生芬枯草菌素、依枯草菌素、枯草杆菌素等多种脂肽类抗菌物质。利用实时荧光定量PCR的方法考察细菌群体感应信号分子二酮哌嗪类化合物(diketopiperazines, DKPs)对脂肽类抗菌物质合成的调控作用。方法:当Q-426菌进入对数生长期中期,向发酵液中加入终浓度为5 mg/L的DKPs,并继续培养至48 h,并利用实时荧光定量PCR的方法进行抗菌物质mRNA表达水平的定量分析。结果:二酮哌嗪类化合物能够抑制抗菌活性物质相关基因的表达。     

海绵体动物中trans-AT聚酮合成酶来源的聚酮化合物的生物合成

海绵体动物分离到的聚酮类化合物很多是由其共生或附生微生物体内的trans-AT聚酮合成酶催化产生的。利用宏基因组技术克隆具有生物活性的聚酮化合物的生物合成基因簇,不但能阐明活性化合物的生物合成路径,而且可以通过异源表达获得目标化合物。本文综述了海绵体动物来源的trans-AT聚酮合成酶产生的聚酮化合物生物合成及其基因簇的研究进展。     

Characterization of four terpene synthase cDNAs from methyl jasmonate-induced Douglas-fir, Pseudotsuga menziesii

Numerous terpenoid compounds are present in copious amounts in the oleoresin produced by conifers, especially following exposure to insect or fungal pests. CDNA clones for many terpene synthases responsible for the biosynthesis of these defense compounds have been recovered from several conifer species. Here, the use of three terpene synthase sequences as heterologous probes for the discovery of related terpene synthase genes in Douglas-fir, Pseudotsuga menziesii (Mirbel) Franco (Pinaceae), is reported. Four full-length terpene synthase cDNAs were recovered from a methyl jasmonate-induced Douglas-fir bark and shoot cDNA library. These clones encode two multi-product monoterpene synthases [a (-)-alpha-pinene/(-)-camphene synthase and a terpinolene synthase] and two single-product sesquiterpene synthases [an (E)-beta-farnesene synthase and a (E)-gamma-bisabolene synthase].     

Antibiotic biosynthesis: from natural to unnatural compounds

The evolution of the field of biosynthesis from the unravelling of the mode of formation of natural products to the use of such knowledge to create new compounds is reviewed using examples from the author's laboratory. The discussion focuses on the mode of operation of type II (spore pigment PKS) and type I (rifamycin PKS) polyketide synthases and their diversion to generate unnatural products, and on the genetics and biochemistry of deoxysugar formation in granaticin biosynthesis as a prerequisite to combinatorial enzymatic synthesis of unusual glycosides. Journal of Industrial Microbiology & Biotechnology (2001) 27, 183–194. Received 21 September 1999/ Accepted in revised form 13 September 2000     

多聚酮的微生物合成及其多样性研究进展

多聚酮多是由微生物产生的一大类天然产物,在结构和功能上具有多样性。很多聚酮具有抗细菌、抗真菌、抗寄生虫、抗肿瘤等生物活性,有很大的临床应用价值。随着研究的不断深入,一方面更多的天然产物聚酮被发现。另一方面对它们合成相关酶的作用机制研究也更加深入。主要对多聚酮的合成机制以及多聚酮合成类型的多样性展开论述。