持续性催化酶类机理研究及其分子动力学模拟

酶分子催化机理研究是生命科学研究领域一个重要的问题.近80年来,过渡态理论在解释酶催化机理问题上占据了主导地位,结合热力学循环、锁钥学说、诱导契合学说以及酶活性中心柔性学说等理论,可以很好地解释多种酶分子的催化过程.近年来,随着蛋白质结构解析方法、单分子分析检测技术及计算机模拟技术的发展,人们对酶分子催化机理的认识愈加深刻.但持续性催化酶类的催化动力研究表明,过渡态理论的解释并不充分.本文对酶催化机理研究的相关进展进行了综述,并针对持续性酶类催化动态过程的特点提出了可能的研究方向及可行的研究方法.     

纤维素酶高产菌种选育及酶活测定

一般从自然界筛选分离的野生型菌株产酶能力比较低．为了提高纤维素酶的活力,筛选和培育高产的菌种是关键。纤维素酶是多组分的复合酶．各个组分的底物专一性不同．并且不同来源的纤维素酶各组分的比例有差别。另一方面．纤维素酶作用的底物比较复杂,常常影响酶活力的表现,加上反应产物的不同．致使纤维素酶活力的测定方法多而繁杂。上期已对纤维素乙醇生产技术中的纤维质原料预处理技术进行了全面的综述．这期将围绕纤维素酶高产菌种选育及酶活测定进行介绍。     

天然结晶纤维素的生物合成及其去晶化途径

纤维素是高等植物细胞壁的结构骨架和重要组成成分,由细胞质膜上的纤维素合成酶合成.一个纤维素合成酶亚基合成一根纤维素分子链,多个亚基聚集在一起形成末端复合体(TC),可同时合成多根葡聚糖分子糖链,其在氢键和范德华力作用下快速有序堆积,形成结构紧密的天然微纤丝结晶结构.质膜上有序线性排列的超分子TC合成结晶纤维素Ⅰα,而玫瑰花型排列的TC合成结晶纤维素Ⅰβ.结晶微纤丝的密切有效堆积是植物抗降解的天然屏障.高浓度的酸和离子液体可以在微纤丝间有效扩散,破坏晶体分子链的有序堆积、分子间氢键网络,甚至打断晶体内部的糖苷键,完成天然结晶纤维素的去晶化及解聚过程.酶分子的去晶化过程是发生在微纤丝特定表面上的非均相反应过程,可在常温常压下固或液表面上快速完成,但有效可及表面积是其主要限速瓶颈.因此结合物理、化学方法预处理,低成本高效打破限制酶分子有效扩散的屏障,增加酶分子对结晶纤维素特异性结合的效率和有效可及面积,从而实现天然结晶纤维素高效去晶化及绿色快速降解转化.     

荧光光谱法定量测定纤维素酶活性架构中单个氨基酸突变对底物结合力的影响

纤维素酶活性架构是酶分子中多个氨基酸残基构成的可结合并催化底物的功能区,其中色氨酸等芳香族残基在该区域中起着重要作用.本研究利用荧光光谱法,定量分析了纤维素酶Ch Cel5A活性架构中色氨酸与底物的结合动力学过程,通过色氨酸荧光猝灭的定量分析,确定了色氨酸特异性结合时的底物浓度范围,并且测定了Ch Cel5A活性架构中单个氨基酸突变导致的底物结合常数的变化,与催化动力学参数比较发现,荧光光谱法可准确表征纤维素酶与底物的结合力及其单个残基突变引起动力学参数的变化.此外,由于p NP中含有强的吸电子基团,因而以p NPC等为配体时会高估与色氨酸的结合常数约20~100倍.荧光光谱法可以测定纤维素酶结合糖分子底物的动力学参数,该方法具有灵敏和快速的特点,这为蛋白质与底物之间相互作用的定量分析提供了新的视角.     

丝状真菌胞外蛋白高效分泌机制的研究进展

丝状真菌由于其胞外蛋白分泌的高效性,成为生产酶制剂的高效细胞工厂.近年来针对真核生物胞外蛋白分泌途径的研究发现,丝状真菌蛋白的分泌途径相比其他真核生物具有高效分泌的特性.为了研究丝状真菌高效分泌的机制,本文总结了近年来丝状真菌分泌途径的最新研究进展,并且选取了分泌途径中关键环节的数种蛋白进行分析,通过与其他真核生物相关蛋白进行结构与序列比对,推测了丝状真菌胞外蛋白高效分泌的可能机制.     

碳水化合物活性酶数据库( CAZy) 及其研究趋势简

碳水化合物活性酶数据库（ CAZy）是关于能够合成或者分解复杂碳水化合物和糖复合物的酶类的一个数据库资源,其基于蛋白质结构域中的氨基酸序列相似性,将碳水化合物活性酶类归入不同蛋白质家族。 CAZy数据库中包含了碳水化合物酶类的物种来源、酶功能EC分类、基因序列、蛋白质序列及其结构等信息。而随着宏基因组学技术的快速发展,CAZy数据库中家族内序列数据量剧增,这为家族内进一步进行亚家族分类奠定了基础;而蛋白质家族内新一层精细分类的引入可提高亚家族中酶分子功能预测的准确度,进而可指导酶分子理性设计来提高特定功能酶组分设计的成功概率,从而推动生物质转化产业的发展。     

碳水化合物活性酶数据库(CAZy)及其研究趋势

碳水化合物活性酶数据库(CAZy)是关于能够合成或者分解复杂碳水化合物和糖复合物的酶类的一个数据库资源,其基于蛋白质结构域中的氨基酸序列相似性,将碳水化合物活性酶类归入不同蛋白质家族。CAZy数据库中包含了碳水化合物酶类的物种来源、酶功能EC分类、基因序列、蛋白质序列及其结构等信息。而随着宏基因组学技术的快速发展,CAZy数据库中家族内序列数据量剧增,这为家族内进一步进行亚家族分类奠定了基础;而蛋白质家族内新一层精细分类的引入可提高亚家族中酶分子功能预测的准确度,进而可指导酶分子理性设计来提高特定功能酶组分设计的成功概率,从而推动生物质转化产业的发展。     

基于整合宏组学技术认识腐生生境功能微生物区系

微生物区系在天然生境中分布广泛,利用传统纯培养等方法无法全面认识其分布和功能,因此被认为是地球上的"暗物质"。随着新一代测序技术与高分辨率质谱技术的快速发展,研究者可以在非培养条件下全面快速分析天然生境中微生物组及其动态变化,这开启了微生物组时代,使得研究地球上"暗物质"成为可能,从而改变了微生物学研究的现状。腐生生境作为生物地球化学循环的重要推动部分,因其高效降解转化有机废弃物能力而被广泛关注。腐生生境由于原料多变、环境复杂等原因未能被全面深入研究,而整合宏组学技术则为解析相关生境微生物区系的多样性及其功能动态演替规律奠定了技术基础。基于整合宏组学数据分析与环境参数的优化,可以在认识微生物组及其功能的动态水平上,针对复杂物料建立高效降解转化的绿色转化工艺,促进农牧业废弃物无害化和资源化利用进程。     

植物细胞壁多糖合成酶系及真菌降解酶系北大核心CSCD

秸秆类植物细胞壁多糖高效降解转化对我国农业经济的绿色可持续发展具有重要意义,然而植物细胞壁在长期进化过程中形成了复杂结构限制了工业化酶解转化的过程。一方面从植物细胞壁多糖合成酶系的多样性、细胞壁多糖成分的复杂性、超分子结构的异质性等方面综述了形成植物细胞壁抗降解屏障的原因;另一方面从真菌降解植物细胞壁酶系的多样性、不同菌株降解酶组成差异性等分析降解转化植物细胞壁时发挥的不同作用,从而为工业转化合理复配真菌降解酶系,提高秸秆生物质的利用效率提供理论支持。     

纤维素酶与木质纤维素生物降解转化的研究进展

利用纤维素酶将预处理后的秸秆降解成可发酵性单糖,然后发酵生产所需的液体燃料及化工产品的技术,对于我国解决能源、环境、人口就业等难题有着巨大的积极影响。在木质纤维素生物降解转化工艺中,减少纤维素酶用量及提高酶解效率是降低木质纤维素降解成本的关键。纤维素酶系和木质纤维素酶水解技术的改进需要深入了解纤维素酶系统的组成及其协同作用、纤维素酶的结构与功能以及纤维素酶的生产技术。将就以上几个方面的研究进展进行讨论,并深入探讨了纤维素酶糖化能力的评价方法。