N13D、S40E点突变提高木聚糖酶XYNB的热稳定性

对来源于Streptomyces olivaceoviridis的高比活木聚糖酶XYNB进行同源建模和序列比较,设计了N13D、S40E的定点突变,以期改善中温酶XYNB的热稳定性。突变酶N13D、S40E分别在毕赤酵母中表达,经纯化后与野生型酶XYNB(同样经毕赤酵母表达后纯化)进行酶学性质比较,结果表明,突变酶N13D和S40E在70℃处理5min,热稳定性比XYNB分别提高了24.76%和14.46%;突变酶N13D的比活性比XYNB提高了22%。在其他性质方面突变酶N13D、S40E与野生型酶XYNB基本相似。通过对木聚糖酶XYNB的定点突变,提高了该酶的热稳定性,并为结构与功能的进一步研究提供了材料。     

定点突变提高里氏木霉木聚糖酶 (XYN II) 的稳定性

通过定点突变的方法,在来源于里氏木霉Trichderma reesei的木聚糖酶XYN II的N-末端两个β折叠片层间添加二硫键,以提高木聚糖酶的稳定性。原酶XYN-OU和突变酶XYN-HA12 (T2C、T28C和S156F) 分别在毕赤酵母中分泌表达,突变酶与原酶纯化后进行酶学性质比较。结果表明：突变酶最适反应温度由50℃提高到60℃;在70℃的半衰期由1 min提高到14 min;最适反应pH为5.0,与原酶保持一致,但是在50℃、30 min条件下的pH稳定范围由4.0~9.0扩展到3.0~10.0。对木聚糖酶分子改良的结果反映出在β片层间添加二硫键可以有效改善酶在较高温度下三维结构的刚性,提高热稳定性。     

定点突变提高苯丙氨酸羟化酶的热稳定性

嗜热菌中,蛋白质存在Ala替换Gly以及Arg替换Lys的趋势。为了提高紫色色杆菌来源的苯丙氨酸羟化酶的热稳定性,将该酶中所有Gly突变成Ala,Lys突变成Arg,筛选获得热稳定性提高的突变体,并进行组合突变,对突变酶的酶学性质进行研究。结果表明,突变酶K94R和G221A在50℃的半衰期分别为26.2 min、16.8 min,比原始酶(9.0 min)分别提高了1.9倍、0.9倍,同时组合突变酶K94R/G221A在50℃处理1 h后仍保留65.6%的酶活,比原始酶(8.6%)高出6.6倍。圆二色谱结果显示原始酶和突变酶K94R、G221A及K94R/G221A的T_m值分别为51.5℃、53.8℃、53.1℃和54.8℃。蛋白三维结构模拟推测突变体热稳定性提高机理为:突变体K94R中Arg94与Ile95之间形成额外氢键,稳定其所在的柔性区域;突变体G221A中Ala221与Leu281产生疏水作用,稳定酶分子C-端柔性区。该研究结果为蛋白质热稳定性改造提供了参考,也为苯丙氨酸羟化酶在功能性食品领域的应用奠定了基础。     

运用定点突变提高重组木聚糖酶在毕赤氏酵母中的表达

运用PCR介导的定点突变对米曲霉(Aspergillus　oryzae)来源的木聚糖酶在毕赤酵母中的重组表达进行了研究,获得一表达量远远高于亲本的突变株I156A,对其进行了提纯并研究其酶学特性,除热稳定性外其余与亲本基本一致。突变株I156A所产木聚糖酶XynFl的分子量为35kD,在pH 4～9范围内稳定,最适pH为70,最适温度为45℃,在50℃以下稳定性略高于亲本。     

N端二硫键对11家族木聚糖酶热稳定性的影响

以来源于米曲霉Aspergillus oryzae的11家族常温木聚糖酶AoXyn11A为母本,将其N端替换成同一家族耐热木聚糖酶EvXyn11TS的对应片段,构建出耐热杂合木聚糖酶AEx11A。将AoXyn11A和AEx11A基因分别在毕赤酵母GS115中进行表达并分析比较温度对表达产物酶活性的影响。结果表明,AEx11A的最适温度Topt为75℃,在70℃的半衰期t1/270为197 min,较AoXyn11A(Topt=50℃,t1/270=1.0 min)显著提高。通过对AEx11A结构的同源建模及其与AoXyn11A结构的比对,发现在AEx11A的N端引入了一个二硫键(Cys5–Cys32)。利用定点突变法将其5位的半胱氨酸突变为苏氨酸(C5T),去除该二硫键,以探讨其对AEx11A热稳定性的影响。分析表明,突变酶(AEx11AC5T)的Topt由突变前的75℃降为60℃,其t1/270和t1/280也分别由197 min和25 min缩短为3.0 min和1.0 min。     

木聚糖酶XYNB分子中折叠股B1和B2间的疏水作用对酶热稳定性的影响

对来源于Streptomycesolivaceoviridis的高比活木聚糖酶XYNB进行同源建模,并结合嗜热木聚糖酶氮末端芳香族氨基酸疏水作用的结构分析,设计了XYNB的T11Y定点突变,观察XYNB分子中折叠股B1和B2的疏水作用对酶的热稳定性的影响。将突变酶XYNB′在毕赤酵母中表达,表达的XYNB′经纯化后与原酶XYNB(同样经毕赤酵母表达后纯化)进行酶学性质比较,结果表明,XYNB′的耐热性比XYNB有明显的提高,但最适温度与原酶一样为60℃。另外,XYNB′的最适pH、Km值及比活性均有一定的改变。实验证实了木聚糖酶XYNB的氮端芳香族氨基酸之间的疏水相互作用与其热稳定性相关,为进一步的结构与功能研究提供了优良的基因材料。     

通过N端替换提高木聚糖酶的热稳定性

以来源于Thermomonospora fusca的耐高温木聚糖酶TfxA和来源于Streptomycesolivaceoviridis的高比活木聚糖酶XYNB为亲本,构建出耐热高比活融合木聚糖酶TB,将TB在大肠杆菌BL21和毕赤酵母GS115中进行表达并对表达产物的酶学性质进行分析比较。分析表明,融合蛋白TB最适pH值为6.0,最适温度为70℃,较XYNB有大幅度的提高;在热稳定性方面,TB明显优于XYNB,将两种稀释好的酶液分别在80℃和90℃下热处理3min,TB的热稳定性较XYNB提高了6倍左右;TB的pH稳定性为5～9(相对剩余活性在50%以上的pH范围),较XYNB有所下降,但两者的比活性基本不变,保持了亲本XYNB的高比活性。通过同源建模和序列比较,分析了可能影响融合蛋白TB酶学性质的因素,为进一步研究木聚糖酶的结构与功能提供了新的思路。     

K202A突变对扩展青霉脂肪酶热稳定性的影响

利用易错PCR定向进化扩展青霉脂肪酶（PEL）,获得了一株热稳定性有所提高的随机突变体（ep8）,ep8包含有一个氨基酸的改变。为进一步提高其热稳定性,作者利用重叠延伸PCR法,以ep8基因为模板,将第202位赖氨酸突变为丙氨酸（K202A）,构建表达质粒pAO815-ep8-K202A。并将其引入毕赤酵母GS115构建叠加突变体(PEL-ep8-K202A)。同时以野生型lip07为模板构建单点突变体:PEL-lip07-K202A。15% SDS-PAGE 结果分析表明突变体分子量与野生型一致,约为28KD. 表达产物热稳定性分析结果表明: 野生型（PEL）的Tm值为39.03℃,而以野生型为模板进行定点突变得到的单点突变酶（PEL-lip07-K202A）,其Tm却降低了2℃,为37.08℃。叠加突变酶(PEL-ep8-K202A)的Tm为41.66℃, 比野生型酶提高2.63℃,比随机突变体ep8生产的酶（PEL-ep8）的Tm提高了1.21℃。     

Y13F定点突变改良米曲霉中温木聚糖酶的耐热性

为改良米曲霉（Aspergillus oryzae）糖苷水解酶11家族木聚糖酶AoXyn11A的耐热性,将其Tyr¹³（Y13）置换为Phe（F）。基于AoXyn11A与同一家族7种耐热木聚糖酶一级结构的多序列同源比对及其三维结构的同源建模和分子动力学模拟,设计了一种突变酶AoXyn11A^Y13F;以重组质粒pPIC9K-Aoxyn11A为模板,采用PCR技术将AoXyn11A基因（Aoxyn11A）中编码Y13的密码子TAC突变为F的TTC,构建了一种突变酶基因（Aoxyn11A^Y13F）;分别将Aoxyn11A和Aoxyn11A^Y13F在毕赤酵母（Pichia pastoris）GS115中实施了表达,并对重组表达产物AoXyn11A和AoXyn11A^Y13F的耐热性进行了分析。结果表明：突变酶的最适温度T_opt由突变前的50℃提高到55℃;AoXyn11A^Y13F在50℃的半衰期t_1/2⁵⁰为95 min,较AoXyn11A（t_1/2⁵⁰=6 min）延长了约15倍。由此经Y13F定点突变显著改良了野生型木聚糖酶的耐热性。     

K253R和N184V点突变对葡萄糖异构酶热稳定性的影响

用人工合成的寡核苷酸突变引物,以双引物法于重组Ｍ１３ｍｐ１９载体上进行定点突变,分别得到了葡萄糖异构酶的突变体ＧＩＫ２５３Ｒ和ＧＩＮ１８４Ｖ。测定它们的热稳定性,并将之与野生型酶比较,结果表明：（１）ＧＩＫ２５３Ｒ于７０℃、８０℃下的热稳定性小于野生型,但在７０℃、１ｍｏｌ／ＬＬ－鼠李糖中,两者的失活速度相近。另外;ＧＩＫ２５３Ｒ的比活是野生型的１．５倍。（２）ＧＩＮ１８４Ｖ的比活和热稳定性都远低于野生型,Ａｓｎ１８４为酶活性中心构象的维持所必需．本文还根据动力学数据和分子结构模型对以上结果作了初步分析．     

集成干扰素突变体IIFN72C的构建及其聚乙二醇定点修饰

目的：设计构建集成干扰素突变体IIFN72C并进行聚乙二醇定点修饰,以获得高活性的长效干扰素分子。方法：利用蛋白质分子同源模建,选择在集成干扰素分子IIFN的第72位引入半胱氨酸残基构成集成干扰素突变体IIFN72C。诱导表达后经包涵体变复性和层析纯化,与单甲氧基聚乙二醇（mPEGMAL）定点偶联。修饰产物经纯化后,以SDSPAGE考察其纯度,用WISHVSV系统进行生物活性测定。结果：IIFN72C以包涵体形式表达,表达量占菌体总蛋白的30%以上,比活性与突变前相当;修饰产物大多数为单修饰体,纯化后纯度大于98%,比活性保留约为修饰前的8%。结论：成功设计并表达IIFN72C用于PEG定点修饰,修饰产物活性保留得以提高。     

Site-specific mutagenesis and functional analysis of active sites of sulfur oxygenase reductase from Gram-positive moderate thermophile Sulfobacillus acidophilus TPY

Sequence alignments revealed that the conserved motifs of SOR_Sa which formed an independent branch between archaea and Gram-negative bacteria SORs according to the phylogenetic relationship were similar with the archaea and Gram-negative bacteria SORs. In order to investigate the active sites of SOR_Sa, cysteines 31, 101 and 104 (C31, C101, C104), histidines 86 and 90 (H86 and H90) and glutamate 114 (E114) of SOR_Sa were chosen as the target amino acid residues for site-specific mutagenesis. The wild type and six mutant SORs were expressed in E. coli BL21, purified and confirmed by SDS-PAGE and Western blotting analysis. Enzyme activity determination revealed that the active sites of SOR_Sa were identical with the archaea and Gram-negative bacteria SORs reported. Replacement of any cysteine residues reduced SOR activity by 53–100%, while the mutants of H86A, H90A and E114A lost their enzyme activities largely, only remaining 20%, 19% and 32% activity of the wild type SOR respectively. This study will enrich our awareness for active sites of SOR in a Gram-positive bacterium.     

Myxococcus sp.V11海藻糖合酶TreS II分子改造 *

来源于黏细菌Myxococcus sp.V11的海藻糖合酶(trehalose synthase, EC 2.4.1.245)TreS II可通过转糖苷作用将麦芽糖转化成为海藻糖,在酶法生产海藻糖上显示出一定的应用潜力,但TreS II对热敏感,在60℃保温3h,酶活性丧失,限制了其应用范围.目的:拟探索TreS II影响热稳定性的氨基酸残基构成,通过对可能的氨基酸位点进行定点突变,以期获得耐热性的突变子,扩大TreS II应用范围.方法: 通过PCR介导的方法对TreS II可能影响到热稳定性的氨基酸Q3,A283,W374,R449和Y537进行定点突变,以野生型重组酶为对照,比较突变型与野生型的最适反应温度和最适反应pH,通过测定不同温度下保存不同时间后的残留酶活,检测突变子的耐热效果.结果: 研究表明突变子Q3D,A283R,W374D,R449Q和Y537H的比酶活与野生型无显著差异,且最适pH 和最适反应温度也未发生改变;A283R,Y537H在60℃条件下,3h后活性剩余68%;Q3D,W374D,R449Q在温度60℃时,3h后活性剩余35%.结论: TreS II分子结构中与金属离子结合的几个氨基酸残基的改变对蛋白质分子的耐热性具有显著影响.     

木聚糖酶高产菌株的诱变*

出发菌株Aspergillus niger M1经过紫外线诱变得到一株木聚糖酶活力提高30％的突变株A．niger J506。木聚糖酶谱带检测发现,突变株成熟发酵液中有3种类型的木聚糖酶,而出发菌株中只有两种。经过正交试验得出突变株产酶的最佳发酵条件为：主碳源浓度4％、麸皮与玉米芯的比例为5：5、葡萄糖浓度0．1％、草酸铵浓度2．0％,培养基初始pH为5．0,250mL三角瓶的装液量为100mL。     

Characterization of temperature dependent and substrate-binding cleft movements in Bacillus circulans family 11 xylanase: A molecular dynamics investigation

Background

Xylanases (EC 3.2.1.8) hydrolyze xylan, one of the most abundant plant polysaccharides found in nature, and have many potential applications in biotechnology.

Methods

Molecular dynamics simulations were used to investigate the effects of temperature between 298 to 338 K and xylobiose binding on residues located in the substrate-binding cleft of the family 11 xylanase from Bacillus circulans (BcX).

Results

In the absence of xylobiose the BcX exhibits temperature dependent movement of the thumb region which adopts an open conformation exposing the active site at the optimum catalytic temperature (328 K). In the presence of substrate, the thumb region restricts access to the active site at all temperatures, and this conformation is maintained by substrate/protein hydrogen bonds involving active site residues, including hydrogen bonds between Tyr69 and the 2′ hydroxyl group of the substrate. Substrate access to the active site is regulated by temperature dependent motions that are restricted to the thumb region, and the BcX/substrate complex is stabilized by extensive intermolecular hydrogen bonding with residues in the active site.

General significance

These results call for a revision of both the “hinge-bending” model for the activity of group 11 xylanases, and the role of Tyr69 in the catalytic mechanism.     

维生素C·Cu·菲咯啉系统对DNA的定位损伤

维生素Ｃ·Ｃｕ·菲咯啉系统对ＤＮＡ的定位损伤柯德森,王爱国,罗广华（中国科学院华南植物研究所,广州５１０６５０）关键词活性氧;ＤＮＡ;定位损伤活性氧对ＤＮＡ的损伤已经被很多工作所证实”””,这种伤害是由０Ｂ”直接作用于ＤＮＡ所引起的”’“。但是ＯＨ’...     

高剪接活性断裂蛋白质内含子的体内切割

蛋白质内含子介导的断裂(切割)反应被用于蛋白质纯化、连接和环化等,但目前仍存在断裂效率低、断裂反应的不可控、产物复杂等问题。蛋白质内含子的定点突变可导致其N端或C端断裂。其末位氨基酸突变则剪接反应第3步天冬酰胺环化无法进行,发生N端断裂;其首位氨基酸发生突变则剪接反应第一步酰基重排及其后续步骤均无法进行,而天冬酰胺环化仍可进行,发生C端断裂。利用已获得的高剪接活性的S1和S11型断裂蛋白质内含子Ssp GyrB,分别将其参与剪接反应的首位半胱氨酸或末位天冬酰胺突变为丙氨酸,构建能够发生一端断裂的断裂蛋白质内含子。研究结果表明,突变后断裂蛋白质内含子的剪接反应几乎不发生,其断裂活性有不同程度的提高,获得了在大肠杆菌体内具有较高效断裂活性的断裂蛋白质内含子。这将为进一步研究其体外可控性剪接、构建高效的蛋白纯化系统和深入研究蛋白质内含子的剪接机制提供基础。     

Studies on the solid-state production of thermostable endoxylanases from Thermoascus aurantiacus: Characterization of two isozymes

Production of xylanases by the thermophilic fungus Thermoascus aurantiacus under solid state culture (SSC) was enhanced by optimization of the type of carbon and nitrogen source, inoculum type, moisture level and particle size of the carbon source. Under these conditions, yields as high as 6193 U g⁻¹ of carbon source were obtained. Chromogenic (fluorogenic) 4-methylumbelliferyl-β-glycosides of xylose (MUX) and xylobiose (MUX₂) were used to characterize xylanase multienzyme components, after separation by isoelectric focusing. The zymogram indicated one major and two minor xylanases and one β-xylosidase. The major (xylanase I) and one of the minor (xylanase II) xylanases were separated and characterized. Both xylanases exhibited remarkable thermostability.