细胞透性化技术及其应用

细胞透性化技术可以在不破坏细胞整体有机体系的情况下改变细胞膜的通透性,从而克服细胞膜的渗透屏障,降低胞外物质的传质阻力,使胞内酶在稳定的细胞内环境中发挥作用,从而提高其稳定性和催化效率.细胞透性化技术方法简便,在提高固定化细胞生物转化效率以及胞内酶的原位分析等方面有着广泛的应用.本文将简要介绍细胞透性化技术的概念、处理方法及其应用情况.     

基于海泡石的细胞透性化

利用矿石纳米材料海泡石处理大肠杆菌细胞,建立高效、可逆透性化处理方法。结果表明:海泡石和大肠杆菌BW25113细胞悬液涡旋振荡,细胞通透性增强,90%以上的细胞因渗入博莱霉素致死;而在4℃修复处理过的样品,仅23%的细胞被杀死。发现烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD)进出透性化细胞的能力与胞内外NAD浓度梯度正相关。该可逆透性化方法对生物催化和药物递送等研究具有重要价值。     

亚栖热菌透性化细胞的耦合固定化研究

将海藻酸盐凝胶包埋法与交联法和聚电解质静电自组装覆膜法相耦合,对含有海藻糖合酶活性的亚栖热菌的透性化细胞进行了固定化研究。结果表明,利用重氮树脂和聚苯乙烯磺酸钠对海藻酸凝胶微球交替覆膜,可以显著提高凝胶微球在磷酸盐缓冲液中的稳定性,以碳二亚胺对固定化细胞进行交联处理则可以提高固定化细胞中海藻糖合酶的热稳定性。透性化细胞经包埋－交联－覆膜耦合固定化后,酶活回收率为32％,最适酶反应pH值由6.5左右升至7.0左右,最适反应温度未变,仍为60℃。所得固定化细胞间歇反应时,催化麦芽糖转化为海藻糖的转化率可达60％,重复使用4次（每次50℃、反应24h）,酶活损失小于20％,转化率可保持在50％以上。     

细胞色素P450酶系与除草剂代谢

细胞色素P450是广泛存在于动物、植物和微生物体内的一类具有混合功能的血红素氧化酶系。它不但能够催化苯丙烷类、萜类化合物和脂肪酸等内源性物质的生物合成 ,而且参与许多外源性物质包括除草剂等的生物氧化。综述了代谢除草剂的细菌、哺乳动物和植物细胞色素P450酶系 ,概述了细胞色素P450酶系参与除草剂代谢的作用方式 :脱烷基化作用、环甲基化羟基化作用和芳环的羟基化作用等。这些细胞色素P450酶系在培育除草剂抗性作物、生物安全和生物修复方面表现出了巨大的潜能     

应用细胞透性化技术快速提取氧化葡萄糖杆菌胞内右旋糖酐糊精酶

将细胞透性化技术应用到右旋糖酐酶的提取检测过程中,根据单因素实验和正交试验设计确定了从氧化葡萄糖杆菌(Gluconobacter oxydans)细胞中提取胞内右旋糖酐糊精酶(DDase)的最佳方法:甘氨酸(Gly)质量分数15%,Triton X-100体积分数1%,菌悬液OD600为0.5~6.0,pH为6.81,冰浴处理时间1 h,透性化试剂的提取效率可达到酶活最大值的90%以上。与超声波细胞破碎法相比,该方法条件温和,酶的释放率较高并易于大量试样的平行实验操作。     

用透性化细胞技术合成海藻糖

建立了一种渗透处理微球菌细胞的方法,得到的透性化细胞可多批使用并能长时间保持胞内酶的活力,极大地提高了单位菌体的利用率,降低了成本,为海藻糖实现工业化开辟了新的思路。实验结果表明:菌悬液用5％(v/v)甲苯处理40min,得到的菌体即为透性化细胞,再以10％淀粉液化液为底物进行海藻糖转化实验,转化率可达70％;该透性化细胞至少可连续进行6批酶反应(12h/批),酶活基本保持稳定。     

黄酮6位羟基化酶催化机制的理论研究与应用

灯盏乙素发酵生产过程中,黄酮6位羟基化酶催化效率不足,导致产生至少约18%的副产物。本研究以2种黄酮6位羟基化酶CYP82D4与CYP706X为研究目标,通过分子动力学模拟与量子化学计算,对两种黄酮6位羟基化酶的催化机制进行解析。结果表明,CYP82D4与CYP706X在反应决速步的能垒几乎相同,应当具有相似的反应速率,而CYP82D4相对较小的底物结合能可能有利于产物释放,是其具有更高催化效率的直接原因。最后,基于对底物进出过程的研究,CYP82D4的L540A突变将催化效率提高了1.37倍,证明了理论计算指导黄酮6位羟基化酶改造优化的可行性。本研究揭示了黄酮6位羟化酶的催化机制,为对其进行改造优化以提高灯盏乙素的发酵生产效率提供了参考。     

人参皂苷单体定向转化的生物催化及应用进展

人参是我国传统中药,药效显著、应用广泛。通过定向修饰与转化人参皂苷糖基可产生高抗癌活性稀有人参皂苷。传统化学法由于制备工艺极其复杂、成本过高,不能应用于临床,微生物及其酶系转化成为解决该瓶颈问题的最可行手段。有关全细胞催化、糖苷酶重组表达、固定化及其催化分子识别机制和溶剂工程的生物转化已有大量综述报道,但尚无在人参皂苷转化应用中的系统研究。文中通过对人参皂苷单体生物转化理论和应用研究最新进展的回顾,结合目前广泛采用的生物催化方法的讨论,系统梳理归纳了能够改善产物专一性、提高催化效率,且具有工业应用前景的人参皂苷单体定向转化方法。基于酶分子设计以及离子液体溶剂工程,对人参皂苷单体抗癌药物和食品、保健品市场的开发、规模化制备进行了展望。     

提高三角酵母细胞DAO表观活力的透性化研究

三角酵母(Trigonopsis variabilis)的D-氨基酸氧化酶(D-amino acid oxidase,DAO,EC1.4.3.3)是一种胞内酶,完整细胞并不呈现酶促活性。为了获得三角酵母细胞的较高表观活力,需对细胞进行处理以改变壁和膜对反应底物和产物的通透性。研究中比较了冻融、丙酮、丁醇和十六烷基三甲基溴化铵(Cetyltrimethylammonium bromide,CTAB)等理化因子的透性化效率,并对丙酮的透性化条件进行了优化。证明丙酮的透性化作用与溶剂浓度、保温时间和温度有关。30%～35%丙酮浓度,4～28℃保温,可得到最大酶活力。透性化所需时间极短,在5min内即可完成。同时,透性化细胞中的DAO比无细胞抽提液中的酶对热更为稳定。用丙酮透性化细胞作为生物催化剂可有效地转化头孢菌素C(Cephalosporin C, CPC)为戊二酰-7ACA(Glutaryl-7-ACA,GL-7ACA)。     

生物法合成尿苷二磷酸葡萄糖的研究进展

尿苷二磷酸葡萄糖(UDPG)是一种重要的糖类物质合成前体.生物法合成具有低成本、无污染和高立体选择性等传统化学法不具备的优势.利用纯酶催化的生物法以基于Leloir途径改进的一锅法、蔗糖合酶催化的两步法以及糖合成反应可逆催化等产UDPG,实现了UDPG的高产.全细胞催化法利用稳定的胞内酶系产UDPG,胞内生成的UDPG作为底物直接参与产物的催化合成,可行性高且成本更低.综述了酶法和全细胞催化法合成UDPG这两种最主要生物法的研究进展.     

细胞分裂素合成基因ipt研究进展(综述)

异戊烯基转移酶是细胞分裂素生物合成第一步的催化酶,也是限速酶。其编码基因ipt已被克隆,运用生物信息学方法,在拟南芥中鉴定出与微生物同源的编码异戊烯基转移酶的基因家族,推测这些基因可能存在特殊时空表达来调控细胞分裂素的合成途径。本文着重介绍ipt在细胞分裂素合成中的作用和研究进展。     

透性化细胞海藻糖合成酶的制备及其催化合成海藻糖的工艺优化

笔者以麦芽糖为底物,开展经渗透细胞技术处理得到的透性化细胞海藻糖合成酶催化制备海藻糖的新工艺开发。首先,对比不同透性化试剂对异源表达海藻糖合成酶的大肠杆菌工程菌的透性化处理效果,发现使用硫酸粘杆菌素时海藻糖合成酶的催化转化率高达64.6%,是传统超声破碎的2.63倍;其次,通过参数优化获得硫酸粘杆菌素透性化处理的最佳条件,即:1.5 g/L的硫酸粘杆菌素在30℃下处理60 min,得到的海藻糖合成酶活性最高,为5 209 U/mL;最后,利用透性化处理后的大肠杆菌工程菌进行全细胞催化制备海藻糖工艺研究,结果表明:以质量分数25%的麦芽糖为底物,在pH 7.5、30℃条件下,获得海藻糖的转化率为65.6%;进一步通过离心收集细胞进行反复催化试验,在20批次之后,转化率仍维持在62.5%,显示了良好的应用前景。     

微生物细胞色素P450与胆固醇的生物代谢

细胞色素P450(CYP450)是一类含亚铁血红素的单加氧酶,广泛存在于各类生物体内,参与多种外源物质的代谢和内源物质的转化,如甾类激素、胆汁酸、胆固醇等的代谢。胆固醇是一种环戊烷多氢菲的衍生物,也是人类重要的脂类物质和许多特殊生物活性物质的前体之一,当其过量时会导致高胆固醇血症、动脉粥样硬化、静脉血栓生成等,对机体产生不利的影响。微生物CYP450酶可催化胆固醇的生物代谢,特别是其中的CYP125酶是胆固醇分解代谢起始的关键酶,可用作调节胆固醇代谢的药物靶标。     

DA-F127水凝胶包埋固定化含腈水合酶细胞

腈水合酶是一类可催化腈类化合物转化生成相应酰胺类物质的酶。含腈水合酶的游离细胞催化水合反应存在酶容易失活、细胞无法重复利用、分离纯化困难等缺陷,细胞固定化技术可有效解决这些问题。为探索合适的固定化方法,以含腈水合酶的重组E. coli细胞为研究对象,以固定化酶活回收率和批次反应情况为评价指标,筛选比较了几种常用的包埋固定化方法。结果表明,DA-F127水凝胶包埋固定化细胞不仅具有较高的酶活回收率,而且稳定性也很好。对该方法进行了固定化条件和操作稳定性优化,当DA-F127浓度为15%、UV光源距离为20cm、光照时间为6min、菌体含量为20mg/g固定化细胞时,酶活回收率为89. 74%,并且可以催化9批次150g/L的3-氰基吡啶完成转化,第九批次转化率可达98. 26%。与游离细胞催化过程相比,单位质量游离细胞的烟酰胺产量提高了12倍,具有良好的工业应用前景。     

对产胞内脂肪酶的发酵性丝孢酵母超声波透性化处理的条件优化

发酵性丝孢酵母产胞内脂肪酶,为了把细胞整体作为脂肪酶催化剂,需对细胞进行透性化处理.利用超声波进行细胞透性化的适宜条件为:超声波输出功率180 W,每次辐射时间2s(间歇时间5 s),工作总时间1.2 min,菌体浓度40 g/L,此条件下细胞通透性可明显改善,透性化细胞脂肪酶表现出较高活力.     

DA-F127水凝胶包埋固定化含腈水合酶细胞

腈水合酶是一类可催化腈类化合物转化生成相应酰胺类物质的酶。含腈水合酶的游离细胞催化水合反应存在酶容易失活、细胞无法重复利用、分离纯化困难等缺陷,细胞固定化技术可有效解决这些问题。为探索合适的固定化方法,以含腈水合酶的重组E.coli细胞为研究对象,以固定化酶活回收率和批次反应情况为评价指标,筛选比较了几种常用的包埋固定化方法。结果表明,DA-F127水凝胶包埋固定化细胞不仅具有较高的酶活回收率,而且稳定性也很好。对该方法进行了固定化条件和操作稳定性优化,当DA-F127浓度为15%、UV光源距离为20cm、光照时间为6min、菌体含量为20mg/g 固定化细胞时,酶活回收率为89.74%,并且可以催化9批次150g/L的3-氰基吡啶完成转化,第九批次转化率可达98.26%。与游离细胞催化过程相比,单位质量游离细胞的烟酰胺产量提高了12倍,具有良好的工业应用前景。     

微生物低温酶适冷机制研究进展

地球寒冷生境中生存着大量微生物。它们必须在酶学水平上对低温导致的生理、生化变化进行调整,才能在极端环境中维持生命活力。低温导致化学反应速率下降,而低温酶可通过高周转率(κcat)、高催化效率(κcatKm)来弥补这种影响。低温酶的一些共性,包括低温条件(0～30℃)下催化活力较高、最适作用温度低、稳定性差以及活化能较低等,都可能与蛋白结构的高度柔顺性有关。与高温酶、中温酶相比,低温酶中涉及蛋白稳定性的结构因素以及弱相互作用,数量减少或发生改变。低温酶可能通过分子内相互作用的减弱、酶分子与溶剂间相互作用的增强,并经过适当的构象折叠,提高蛋白结构的柔顺性 。     

细胞色素P450酶的结构、功能与应用研究进展

细胞色素P450 (cytochrome P450,CYP)酶是广泛存在于微生物、动植物及人体中与膜结合的血红蛋白类酶,具有氧化、环氧化、羟化、去甲基化等多种生物催化活性。CYP酶在药物、类固醇、脂溶性维生素和许多其他类型化学物质的代谢中具有重要作用,其在异源物质的解毒、药物相互作用和内分泌功能等领域的研究是热点问题。本综述对CYP的结构、功能、临床应用与开发前景进行了概述,并对其最新的研究现状和发展前景进行探讨。     

单细胞拉曼光谱在微生物研究中的应用

拉曼显微光谱是一种能够提供0.5–1.0μm空间分辨率的单个微生物细胞内化学结构信息的研究技术。近几年来,拉曼显微光谱被越来越多地应用于微生物单细胞的研究中,它可以快速无损地检测微生物细胞内的特征化学组分。典型的单个微生物细胞的拉曼光谱包含核酸、蛋白质、碳水化合物、脂质和色素(例如类胡萝卜素)等信息,这些信息能够表征微生物细胞的基因型、表型和生理状态。所以单细胞拉曼显微光谱是一种可用于区分微生物样品的"全生物指纹"技术,它可用于研究单个微生物细胞生命阶段的转变、鉴定微生物单细胞中的色素及其他化合物的含量变化等。本文综述了目前拉曼显微光谱在微生物单细胞研究上的应用,主要包括与稳定同位素标记(stable isotope probing,SIP)、拉曼成像、光谱分类和细胞分选技术结合来探究微生物单细胞对物质吸收后特征峰的变化、推导物质循环过程、进行微生物分类鉴定和探索基因型与表型的关系。拉曼显微光谱作为微生物单细胞研究的手段之一,在代谢过程的研究、活细胞分选和细胞对物质的利用上具有广泛的应用前景。     

6-α-葡糖基-β-环糊精对辣根过氧化物酶性能的影响

辣根过氧化物酶 (ＨＲＰ ,ＥＣ1 .1 1 .1 .1 7)催化酚类及芳香胺类物质进行羟基化、氧化或聚合。这些反应在精细化学品、食品添加剂、功能性材料制备以及有机废水治理中具有重要的应用价值[1]。但是由于在某些条件下酶的稳定性及催化活性较低 ,限制了其在工业中的应用范围。酶的稳定性可以通过对酶分子所处微环境性质的调节而加以改善。实现这种作用的一种有效方法是利用一些特殊成分 ,如糖苷类、多元醇类 ,或有机溶剂与酶之间的修饰作用[2 ]。有关研究显示 ,这些成分能够起到调节酶分子的亲水性 /疏水性及空间构象 ,改善其催化性能及对环境…