S-亚胺还原酶和葡萄糖脱氢酶共表达系统的构建及手性胺的合成

旨在构建S-亚胺还原酶(S-IRED)和葡萄糖脱氢酶(GDH)在大肠杆菌中的一菌双酶共表达系统,实现辅酶NADPH的再生,高效合成手性仲胺。利用无缝克隆的手段设计构建一种单质粒双启动子共表达系统,以全细胞为催化剂催化手性仲胺S-2-甲基吡咯烷(S-2MP)的合成,并研究温度、pH及有机溶剂对双酶反应的影响。成功构建了S-IRED和GDH的重组共表达质粒,实现了S-IRED与GDH在大肠杆菌中的胞内共表达,以亚胺2-甲基吡咯啉(2MPN)为模式底物,以工程菌全细胞催化手性仲胺S-2MP的合成,在低辅酶添加时催化手性胺的产率和光学纯度均高于95%。该双酶共表达体系的最适温度和pH分别为37℃和pH 8,10%以下的甲醇对双酶反应有正向促进作用。大肠杆菌胞内双酶共表达系统的构建实现了辅酶NADPH的原位再生,降低了亚胺还原酶催化合成手性胺的成本,为手性胺的规模制备奠定了基础。     

两种耐热磷酸化酶的构建及高效催化合成红景天苷

目的:使用表达耐热蔗糖磷酸化酶的大肠杆菌重组工程菌E. coli BL21/pET-Spase和耐热纤维二糖磷酸化酶的大肠杆菌重组工程菌E. coli BL21/pET-Cpase,发酵培养后粗酶液作为催化剂,以价格低廉的蔗糖为原料合成红景天苷。方法:分别构建耐热蔗糖磷酸化酶和耐热纤维二糖磷酸化酶大肠杆菌重组菌,然后将重组菌、蔗糖、酪醇和磷酸混合,得到反应混合物,使反应混合物在45℃下转化,而产生红景天苷。结果:在耐热蔗糖磷酸化酶酶液1200 U/L、耐热纤维二糖磷酸化酶酶液500 U/L、蔗糖110 g/L、酪醇30 g/L和磷酸50 m M的浓度下,反应条件为pH 7.0、温度45℃、转速50转/分、反应时间32小时后,红景天苷浓度达到23.7 g/L。结论:本研究使用蔗糖磷酸化酶和纤维二糖磷酸化酶联合催化的工艺,成功地高收率合成了红景天苷。同时,本研究构建的耐热磷酸化酶酶活高,处理简单,为拓展糖苷类似物的合成提供了一种新的方法。     

一个有关双壳贝类贝壳年轮纹可能的形成机理

在合浦珠母贝中,发现了一个边缘部分正在生长中的贝壳.该贝壳边缘部分具有独特的超微结构,在棱柱层中存在中空的尚未被碳酸钙填充的有机鞘,更为独特的是在该边缘部位发现珍珠层的存在.与正常贝壳比较,这一独特贝壳的边缘处于急速生长中.为了解释这些现象,假设了贝壳"跳跃式生长"的概念.当外套膜相对于贝壳的位置发生变化时,贝壳即进入...     

叶绿体色素分离实验改进与拓展

针对生物学专业本科生普通生物学实验教学,设计了将薄层色谱法和柱层析色谱法应用于叶绿体色素分离实验.采用硅胶作为吸附材料,以石油醚、苯和丙酮为混合展开剂,用薄层色谱法代替传统的纸色谱法进行叶绿体各色素的分离,用柱层析色谱法进行单体β-胡萝卜素、叶绿素a、叶绿素b和叶黄素制备,实验装置简单,易于操作,特别是各色素条带分离灵敏度高.     

蔗糖磷酸化酶全细胞催化AA-2G的条件优化

目的:使用表达蔗糖磷酸化酶(EC 2.4.1.7,Sucrose phosphorylase,SPase)的大肠杆菌重组工程菌E.coli BL21/pET-spase,作为全细胞催化剂,合成2-O-D-吡喃葡糖基-L-抗坏血酸(Ascorbic acid 2-glucoside,AA-2G)。通过反应条件的优化研究,提高AA-2G的收率。方法:分别考察菌体量、缓冲液pH、蔗糖浓度、维生素C浓度、反应时间和温度对AA-2G合成反应的影响,再组合上述最佳条件进行反应。AA-2G的产量使用高效液相色谱法进行定量。结果:最佳反应条件为:菌体量15 mg/mL,缓冲液pH 4.5,蔗糖浓度100 g/L,维生素C浓度175 g/L,反应时间20 h,温度37℃。在此条件下,AA-2G产量达到了35.7 g/L。结论:以蔗糖为底物,使用SPase合成AA-2G的研究报道较少。本研究通过优化此方法的反应条件,让AA-2G的产量得到了大幅提高。同时本研究中成功地采用了大肠杆菌工程菌作为全细胞催化剂,这比传统的使用粗酶液的方法更省时省力,有良好的应用潜力。     

生物转化法合成16α-羟基泼尼松龙的发酵工艺研究

目的:研究1株玫瑰产色链霉菌(Streptomyces roseochromogenes)的发酵培养基和底物转化条件,以提高16α-羟基泼尼松龙的转化率。方法:采用紫外与氯化锂复合诱变获得目的菌株TS-58,利用正交实验等方法考查摇瓶发酵条件,研究不同浓度的碳源、氮源对玫瑰产色链霉菌生长的影响,以及不同底物浓度、底物加入时间、装液量、金属离子和添加助溶剂等条件对转化生成16α-羟基泼尼松龙能力的影响。结果:获得最佳转化培养基为葡萄糖10 g/L、可溶性淀粉50 g/L、蛋白胨10 g/L、黄豆饼粉25 g/L、磷酸二氢钾0.2 g/L、硫酸镁0.5 g/L硫酸锌0.5 g/L。在底物投料量5 mg/mL添加0.8 mg/ml PEG助溶剂的最优条件下,16α-羟基泼尼松龙的转化率达到了13.8%。结论:突变株Streptomyces roseochromogenes TS-58能有效地在泼尼松龙上引入16α-羟基羟基,为工业生产16α-羟基泼尼松龙奠定了基础。     

N-脱氧核糖转移酶II催化合成克拉屈滨及其定向进化

目的:使用表达N-脱氧核糖转移酶Ⅱ (Nucleoside deoxyribose transferase, NDT)的大肠杆菌重组工程菌E.coli BL21/pET-NDT,作为催化剂,合成克拉屈滨(Cladribine)。同时构建高通量的酶活筛选体系,利用其改造NDT,以期提高克拉屈滨的合成效率。方法:首先用野生型NDT催化克拉屈滨的合成。接着以黄嘌呤氧化酶和辣根过氧化物酶联合作用来检测NDT酶活。最后构建NDT随机突变体库,并筛选出突变体。结果:在10%DMSO的体系中,野生型NDT催化2-氯腺嘌呤合成克拉屈滨的转化率达到93%。同时使用构建的筛选体系在突变体库中筛选到了酶活发生改变的突变体。结论:本研究使用NDT作为催化剂,成功地一步合成了克拉屈滨。同时本研究构建的高通量筛选方法成功应用于改造NDT的酶学性质,为拓展NDT合成核苷类似物的能力提供了一种新的方法。     

自诱导系统在酶促合成2’-脱氧胞苷中的应用

旨在高效合成2’-脱氧胞苷(d Cyd)。DCyd作为一类重要的药物中间体,能够用于合成吉西他滨(d Fd C)、扎西他滨(dd C)等多种抗病毒或抗肿瘤的药物。采用ZYM-Fe-5052自诱导培养基对含有N-脱氧核糖转移酶II(NDT)的大肠杆菌BL21(DE3)进行诱导,所得完整菌体直接用于催化合成d Cyd。结果表明,自诱导系统不仅无需额外添加诱导剂,还能够达到较高的菌体密度,且与LB诱导系统所得菌体在合成d Cyd方面具有同样高效的催化活性。2’-脱氧胸苷(d Thd)和胞嘧啶的浓度比为1∶3时,产物转化率可高达86.5%。合成d Cyd的最适反应条件为:2’-脱氧胸苷(d Thd)和胞嘧啶的浓度比为1∶1.5,p H6.5的磷酸缓冲液,1 mg/m L的菌体量,终体系10 m L,30℃条件下反应1 h,产物转化率可达71.9%。此方法还可用于制备其他核苷类似物,具有广泛的适用性和应用前景。     

简单节杆菌3-甾酮-△1 -脱氢酶基因的克隆表达及定点突变研究

目的:将来源于简单节杆菌的3-甾酮-△~1-脱氢酶(3-ketosteroid-Delta(1)-dehydrogenase,KSDD)在大肠杆菌中进行表达,获得具有活性的脱氢酶;利用计算机预测KSDD的三级结构,并通过定点突变确定酶的关键位点以期优化脱氢酶的活性及性质。方法:克隆简单节杆菌编码KSDD的基因ksdd构建原核表达载体,以Escherichia coli BL21(DE3)为表达宿主构建重组菌并诱导表达,HPLC法检测重组酶催化4-AD脱氢的转化率;通过SWISS-MODEL同源建模分析KSDD结构,对预测的催化关键位点氨基酸残基进行定点突变并研究突变后重组酶的活性变化。结果:成功构建了表达脱氢酶KSDD的重组菌E.coli pET-22-ksdd,21℃下诱导表达后,重组酶对4-AD的转化率为27%;通过SWISS-MODEL同源建模预测出脱氢酶结构并对4个关键位点进行定点突变设计,获得突变子Y120R、Y320L、Y488F和G492Y。突变子Y120R和Y488F失活,证明其为酶的活性位点;突变子Y320L的转化率与野生型基本一致,但37℃反应条件下稳定性有所提高;突变子G492Y对4-AD的转化率是野生型的1.2倍,37℃条件下稳定性有所提高,是突变后氨基酸位点疏水性增加和周围静电作用改变所导致。结论:目前对简单节杆菌3-甾酮-△~1-脱氢酶结构分析及催化机理相关的研究较少,本研究验证了KSDD的活性位点,优化了酶的稳定性,为进一步对酶的性质进行定向改造打下了基础。     

睾酮转化菌的筛选及发酵条件优化

采用亚硝基胍(NTG)对主产雄甾-4-烯-3,17-二酮(AD)的菌株YHT-1进行诱变,获得了一株睾酮(TS)产量较高的菌株YHT-103。通过对发酵条件及发酵培养基的优化,获得最佳培养条件为转化培养基:葡萄糖15 g/L,硝酸铵4g/L,MgSO40.5g/L,K2HPO40.5g/L,植物甾醇2g/L,tween80 6g/L,pH值6.5。种子培养时间30h,接种量10%,培养温度28℃。最佳转化条件下,获得最高TS转化率为46.20%。