羰基生物还原法合成手性醇的研究进展

手性醇是合成许多光学活性药物、农用化学品及其他精细化学品的关键手性砌块。羰基生物还原法理论上可实现100%转化率,且反应条件温和,对环境十分友好,被普遍认为是生产手性醇的绿色、高效途径。综述了近年来利用生物信息学、高通量筛选和蛋白质工程的发展对新型、高效生物催化剂开发的影响,特别是利用相关技术手段开发羰基还原酶的进展。     

工业蛋白质构效关系的计算生物学解析

工业催化用酶已经成为现代生物制造技术的核心"芯片"。不断设计和研发新型高效的酶催化剂是发展工业生物技术的关键。工业催化剂创新设计的科学基础是对酶与底物的相互作用、结构与功能关系及其调控机制的深入剖析。随着生物信息学和智能计算技术的发展,可以通过计算的方法解析酶的催化反应机理,进而对其结构的特定区域进行理性重构,实现酶催化性能的定向设计与改造,促进其工业应用。聚焦工业酶结构-功能关系解析的计算模拟和理性设计,已成为工业酶高效创制改造不可或缺的关键技术。本文就各种计算方法和设计策略以及未来发展趋势进行简要介绍和讨论。     

羧酸还原酶的研究进展

羧酸还原酶(carboxylic acid reductases,CARs)可以催化羧酸还原为相应的醛,反应条件温和、拥有广阔的底物范围且副反应较少。本文旨在综述近年来羧酸还原酶系统发育、结构与催化机理、蛋白质工程和固定化工程等方面的研究成果,揭示其作为重要工具酶在生物转化及合成生物学中的应用前景。     

多酶级联反应的构建及其在双官能团功能化学品合成中的应用

利用多酶级联催化反应合成精细化学品是近年来生物催化领域的研究热点。通过构建体外多酶级联体系,可以替代传统的化学合成法,实现多种双官能团功能化学品的绿色合成。本文系统介绍了多酶级联催化反应中不同级联方式的特点及其构建策略,总结了级联反应中元件酶常用的筛选方法、NAD(P)H和ATP等辅酶的再生策略及其在多酶级联反应中的应用,并且阐述了多酶级联催化反应体系在6种双官能团功能化学品,包括ω-氨基脂肪酸、烷基内酰胺、α,ω-二元羧酸、α,ω-二胺、α,ω-二醇、ω-氨基醇合成中的应用。     

一株高产木聚糖酶真菌的筛选及酶学性质分析

从近百份土样中,首先筛选得到具有明显半纤维素水解活性透明圈的菌株564株,其中202株的木聚糖酶活力用96孔板筛选方法进行了验证。结果显示：基于96孔深孔板测定的酶活力与初筛测得的透明圈活力趋势一致。最终筛选得到一株高产木聚糖酶的菌株ECU2023,经核糖体rDNA内部转录间隔区的序列对比,鉴定为泡盛曲霉（Aspergillus awamori）。研究获得了其最佳培养条件：pH6．0,培养时间4d,C源为30～40g/L玉米芯粉。经过（NH4）2SO4沉淀和Superdex G-75凝胶过滤层析后,其中主要木聚糖酶成分的最适反应pH为6．0,最适反应温度为50℃。     

环氧水解酶的结构基础及新酶开发

环氧水解酶能应用于外消旋环氧化物的动力学拆分或对映归一性水解制备光学纯的环氧或邻位二醇,具有广阔的应用前景。近年来,多个环氧水解酶晶体结构的报道使人们对它的结构基础有了更深入的理解。随着基因信息的增长,分子生物学和蛋白质工程技术的发展大大简化了大量克隆表达多样性环氧水解酶的过程,降低了环氧水解酶分子改造的难度,为新型具有工业应用潜力的环氧水解酶的开发提供了技术支持。本文综述了环氧水解酶的结构与机制以及近年来环氧水解酶重组表达及分子改造的研究进展。     

CYP116B家族单加氧酶的发现、表征及分子改造研究进展

CYP116B家族单加氧酶属于细胞色素P450单加氧酶的第IV家族,能够催化包括羟化、硫醚氧化、O-脱烷基、N-脱烷基和环氧化等在内的多种类型反应,具有广阔的应用前景。近年来,多个CYP116B家族成员酶的发现、分子改造及底物谱拓展使人们对它的酶学性质有了更为深入的理解,为开发新型具有工业应用潜力的CYP116B家族成员酶提供了研究基础。本文中,笔者主要从CYP116B家族单加氧酶的发现、表征、分子改造及结构功能关系等方面综述CYP116B在生物催化领域的研究进展。     

新型扁桃酸消旋酶的基因挖掘和性能表征

消旋酶是实现手性化合物去消旋化制备光学纯化学品的重要工具,来源于恶臭假单胞菌的扁桃酸消旋酶(MR),是目前唯一可以催化两种构型扁桃酸互相转换的消旋酶。通过基因组数据挖掘获得了9个新的扁桃酸消旋酶基因及活性蛋白,其中来源于放射性土壤杆菌Agrobacterium radiobacter的Ar MR酶对扁桃酸和邻氯扁桃酸具有较高的催化活力,而且该酶的异源表达水平也较理想。ArMR催化扁桃酸消旋反应的最适温度为50℃,最适pH为7.8。该酶在30℃、40℃和50℃下的半衰期分别为70.7、7.2、0.17 h。ArMR对(R)-和(S)-扁桃酸的K_M值分别为1.44 mmol/L和0.81 mmol/L,k_(cat)值分别为410 s~(–1)和218 s~(–1);对(R)-和(S)-邻氯扁桃酸的KM值分别为6.48 mmol/L和6.37 mmol/L,而k_(cat)值为0.22 s~(–1)和0.23 s~(–1)。Mg~(2+)和Mn~(2+)对该酶的活力有促进作用,而Zn~(2+)使其完全失活。新型扁桃酸消旋酶的发现和表征为今后此类酶的深入研究和开发提供了更多资源和数据参考。