氟代糖在糖苷酶研究中的应用

近年来,氟代糖应用于糖苷酶反应研究,显示出越来越重要的作用。氟代糖可以作为糖苷酶及其突变酶的水解底物研究酶学性质;氟代糖抑制剂可以标记糖苷酶催化中心,鉴定亲核体氨基酸。尤为重要的是,氟代糖可作为糖苷酶的糖基供体来合成糖类。糖苷酶突变后,可生成糖苷合成酶和硫代糖苷合成酶,可以用与正常底物构型相反的氟代糖作为糖基供体高效合成糖类,收率一般为60%~90%,有的可达100%。糖苷酶及其突变酶以氟代糖为底物高效合成糖类的研究,必将促进生物学、糖生物学和纳米生物材料的发展。     

D-泛解酸内酯水解酶的定向进化

易错PCR结合DNA改组方法向D-泛解酸内酯水解酶基因中引入突变,并构建突变体库。利用酶的催化特点和产物特性建立了基于平板初筛和高效液相复筛的两步法D-泛解酸内酯水解酶活性筛选系统。用该筛选系统以酶活力和pH稳定性为指标对突变体库进行筛选,最终获得一株酶活力高且在低pH条件下稳定性好的突变体Mut E-861。该突变体的酶活力是野生型酶的5.5倍。对突变体和野生型酶在pH 6.0和pH 5.0条件下的残余酶活进行对比,在这两种pH条件下,突变体酶的酶活残留分别为75%和50%,而野生型酶只能保持原来的40%和20%。通过软件对突变体Mut E-861酶基因和野生型酶基因进行分析对比,发现突变体Mut E-861酶基因发生了三处点突变,其中突变使两处氨基酸取代,另一处为沉默突变,未引起氨基酸的变化。     

大肠杆菌碱性磷酸酶的体外定向进化研究

大肠杆菌碱性磷酸酶（E.coli alkaline phosphatase, EAP, EC 3.1.3.1）是一个非特异性二聚体磷酸单酯酶. 采用易错聚合酶链反应(error prone PCR)的方法,在原有高活力突变株的基础上,对EAP远离活性中心催化三联体的区域进行定向进化,经两轮error prone PCR,获得催化活力较亲本D101S突变株提高3倍、较野生型酶提高35倍的进化酶4-186,并对该酶的催化动力学特征进行了分析. 进化酶基因的DNA测序表明4-186含两个有义氨基酸置换：K167R和S374C,二者既不位于底物结合位点,也不位于酶的金属离子结合位点.     

酶法合成功能性低聚糖

功能性低聚糖具有无毒、无残留、稳定性强等特点,作为新型绿色添加剂被广泛应用在食品、饲料、医药行业。国际市场上10余种低聚糖产品中除大豆低聚糖、棉籽糖外,主要采用酶法制备。用于合成功能性低聚糖的酶包括糖苷酶、糖基转移酶和磷酸化酶。本文综述了功能性低聚糖种类、性质和制备方法,分析了酶法合成低聚糖的优缺点,阐述了磷酸化酶种类、催化特性和低聚糖产物。多酶法合成策略和目标酶的分子改造将是酶法合成功能性低聚糖的发展方向。     

糖苷合成酶——— 一类新型的寡糖高效合成工具

寡糖是哺乳动物细胞表面糖蛋白和糖脂以及微生物来源的生理活性物质的要素之一,其应用于医药的巨大潜能至今还没有得到充分体现,主要原因是合成足够于临床使用的寡糖非常困难.传统的化学法和酶法在大规模合成寡糖方面都有一定局限性.近年来,分子生物学技术大大推动了糖苷酶合成寡糖的研究,将糖苷酶催化中心亲核体氨基酸定点突变为非亲核体氨基酸,导致酶的原有水解活性丧失,只催化糖苷键合成反应,寡糖产量最高可达99%,人工产生了一类新酶——糖苷合成酶(glycosynthases),随后又产生了硫代糖苷酶(thioglycoligases)和硫代糖苷合成酶(thioglycosynthases).糖苷合成酶的高通量筛选可用双质粒系统和酵母三杂交系统进行,其活性的进一步改进可通过亲核体氨基酸位点不同氨基酸取代、其他位点氨基酸突变、反应条件优化等方法进行,其区域选择性的改变或增强可通过改变糖基受体分子达到.糖苷合成酶作为一种新型高效的生物催化剂,对寡糖的工业化合成有着重要意义,它的出现对糖生物学的发展必将起到巨大的推动作用.     

定点突变对酰胺水解酶DamH可溶性表达和酶活的影响

摘要:【目的】DamH是一种具有酯酶活性的酰胺水解酶,其非活性中心氨基酸残基的突变对重组酶可溶性表达和比酶活产生一定的影响。拟探索DamH的活性中心氨基酸残基构成,并对其非活性中心氨基酸残基突变对可溶性表达和比酶活的影响进行研究。【方法】通过重叠延伸的方法对DamH可能的活性中心氨基酸S149、E244和H274以及非活性中心氨基酸D165及N192进行定点突变,通过静息细胞测活验证了S149、E244和H274 在催化2-氯-N-(2’-甲基-6’-乙基苯基)乙酰胺(CMEPA)水解反应中的作用,通过Ni2+- NTA亲和层析对D165及N192突变子进行纯化,对突变株和野生型比酶活进行比较。【结果】研究表明S149A使DamH的CMEPA 水解酶活性下降为野生型的5%,E244A和H274A突变导致其失去活性;D165P和N192P突变影响到DamH的可溶性表达,表达量分别为野生型的28.2%和20.8%,突变子N192P、D165P比酶活分别为野生型比酶活的55.5%和49.7%。【结论】DamH催化酯类底物和芳基酰胺类底物可能共用同一活性中心S149、E244和H274,其两个α螺旋的转角处氨基酸侧链极性和刚性结构的改变对可溶性表达以及活性有很大的影响。     

β-N-乙酰氨基己糖苷酶及其合成寡糖的研究进展

β-N-乙酰氨基己糖苷酶(EC.3.2.1.52)是一类重要的糖苷水解酶,在自然界中催化简单的β-N-乙酰氨基己糖苷或复杂的寡糖链、多糖链中末端N-乙酰己糖苷键的水解,在微生物、植物和动物中广泛分布,具有重要的生物学功能。某些种类的β-N-乙酰氨基己糖苷酶在一定的人为条件下水解β-N-乙酰氨基己糖苷键的同时还具有转糖基作用,能将β-N-乙酰氨基己糖基转移到不同的羟基化合物上,合成β-N-乙酰氨基己糖苷化合物,在糖链合成上具有应用的潜力。本文综述了β-N-乙酰氨基己糖苷酶的结构和催化机制、酶的生物学功能以及酶在β-N-乙酰氨基己糖苷化合物合成中的应用,以促进β-N-乙酰氨基己糖苷酶的进一步研究和开发应用。     

耐高温β-糖苷酶的乳糖水解活性及转糖基活性

β-糖苷酶（ttβGLY）是Thermus thermophilus产生的一种耐高温酶,以乳糖为底物的酶反应研究表明：该酶具有较高的乳糖水解活性,其最适温度为70℃,最适pH为7．0,乳糖水解的Km=1．566mmol／L,Vmax=0．406mmol／min,在70℃有较好的热稳定性。该酶同时具有较强的转糖基活性,在以40％乳糖为底物,加酶量42．5U／mL、反应温度70℃、反应时间16h的条件下,低聚半乳糖的合成率达到35．3％。水解产物葡萄糖对乳糖水解反应和转糖基反应具有抑制作用,是影响GOS合成的重要因素。     

环果寡糖果糖基转移酶研究进展

环果寡糖果糖基转移酶(CFT酶)是一种多功能型酶,能催化三种转糖基反应(环化、歧化和耦合)以及水解反应,而其中能将菊糖水解为环果寡糖的环化反应是其特征性反应。环果寡糖的独特结构使其在医药、化工等领域具有潜在应用价值。简要论述了环果寡糖的结构和应用,重点论述了环果寡糖果糖基转移酶的酶学性质、基因克隆和表达,以及功能和催化机理等方面的最新研究进展。     

基于易错PCR定向进化扩展青霉 Penicillium expansum FS1884碱性脂肪酶

为改善扩展青霉FS1884碱性脂肪酶的活性及酶学性质,利用连续两轮易错PCR对扩展青霉FS1884脂肪酶基因PEL进行随机突变,在大肠杆菌JM109中构建突变文库。含突变脂肪酶基因的重组质粒电击转化巴斯德毕赤酵母GS115,经过YPOM板初筛和橄榄油检验板复筛,获得一株酶活性提高的脂肪酶突变体:PEL-ep25-GS。与野生型脂肪酶PEL-GS相比,在最适温度40℃、pH9.4时突变体的酶活力是野生型酶的1.3倍。测序结果表明:该突变体第253位氨基酸发生了突变,由赖氨酸变成蛋氨酸。     

分段DNA shuffling: 一种大分子海藻糖合酶有效的定向进化方法

[目的]红色亚栖热菌(Meiothermus ruber)海藻糖合酶(Trehalose synthase,M-TreS)将麦芽糖转化生成海藻糖只需一步反应,且具有很好的热稳定性及pH耐受性,是潜在的工业生产海藻糖的酶源.为了提高该酶的性能,有必要对其进行定向进化.[方法]M-TreS基因(M-treS)大小为2 889bp.该蛋白质分子本身具有很大的进化空间,但是却不宜进行全长基因Shuffling.分段DNA shuffling是为大分子蛋白质(基因≥2 000 bp)的进化而设计的一种方法.该方法分为三步:(1)用两对引物分别扩增目的基因的上游片段和下游片段;(2)上下游片段各自进行Shuffling; (3)利用重叠延伸PCR连接上下游突变群,建立完整基因的突变文库.[结果]结合易错PCR,通过该方法经一轮进化获得一株酶活力是野生型1.6倍、催化效率是野生型2倍的突变株.序列分析表明,该突变株共有6个位点发生了氨基酸的替代,其中一个来自易错突变,2个来自同源重组,3个为随机突变.[结论]分段DNA shuffling是进化大分子蛋白质的有效方法.     

定向进化提高灰盖鬼伞过氧化物酶染织废水脱色效率

【目的】获得染织废水脱色能力增强的灰盖鬼伞过氧化物酶。【方法】使用基因合成及定点突变平台合成突变灰盖鬼伞过氧化物酶基因CIPmt4(I49S、V53A、M166F和M242I),并调整密码子至毕赤酵母偏好性。以CIPmt4为模板进行定向进化,经过三轮易错PCR和高通量筛选得到一个酶学性质显著改善的突变体(CIPmt5)。通过3D建模和分子动力学模拟分析蛋白的结构及热稳定性,并进一步研究CIPmt5和野生型CIP对刚果红、氨基黑、甲基橙、次甲基蓝、苯胺蓝、结晶紫、溴酚蓝共7种染料的脱色能力。【结果】序列分析显示该突变体积累了I49S、V53A、T121A、M166F和Y272F共5个氨基酸突变,与野生型灰盖鬼伞过氧化物酶相比,以ABTS为底物酶活性是野生型的2.01倍(24.44 U/mg),最适反应p H由5.0提高到6.5,最适反应温度由25°C提高到45°C。除次甲基蓝外对其它染料脱色的最适p H都往中、碱性方向偏移,脱色率普遍高于野生型。模型分析显示CIPmt5活性中心更开放,热稳定性增强。【结论】突变体酶CIPmt5能够更好地替代野生型灰盖鬼伞过氧化物酶应用于染织业染料脱色、化工废水和染织废水的生物修复。     

7-木糖紫杉烷糖基水解酶Lxyl—pl-2基因突变库与高通量筛选体系的构建

对7－木糖紫杉烷糖基水解酶Lxyl－p1－2基因进行定向进化的初步研究，确定易错PCR条件、优化克隆连接方法、建立基于48微孔板高通量筛选模型。利用易错PCR技术对Lxyl－pl－2基因进行随机突变，比较不同浓度M聋’进行易错PCR，每组随机挑取10个克隆进行测序。序列分析表明：在M聋’浓度为7mmol／L条件下，碱基平均突变率为0．12％，即对于Lxyl－p1－2基因（2．4kb）来说，每个基因序列平均有3个碱基突变，达到构建突变文库的频率要求，选择该条件作为易错PCR条件。利用in-fusion技术将Lxyl－p1－2突变基因克隆到pPIC3．5K载体中，获得大量重组突变质粒。该研究优化了in-fusion连接反应中基因片段和载体片段的摩尔比，并探讨了基因片段与载体片段问同源序列长度对in—fusion连接效率的影响。试验结果表明：基因片段与载体片段的摩尔比最佳梯度为5：1；同源序列长度的选择成为影响in—fusion连接效率的关键因素之一。当同源序列长度为100bp时连接效率达到最大值，且显著高于同源序列长度为15～50bp的连接效率，此时阳性重组率提高至90％左右。与常规酶切一连接法相比，in-fusion法具有明显优势，同时将克隆周期由3～4d缩短为1～2d。挑取单菌落，在48微孔培养板上进行培养、诱导表达2d后，取菌液进行酶活测定（底物PNP-Xyl）。以野生型为例，β-木糖苷酶的酶活013405均数μ=3．415，其数据组标准差为δ=±0．078，数值符合正态分布的原理，建立统计学野生型均数分布范围和48微孔板高通量筛选，为后续突变体筛选提供基础。     

灰葡萄孢菌及其抗短梗霉素突变体AUR1基因序列及其酶活性的分析

【目的】探讨灰葡萄孢菌及其抗Ab A突变体AUR1基因序列与IPC合成酶活性的关系。【方法】通过分子生物学方法测定野生型及突变体的AUR1的基因序列,高效液相荧光色谱法测定IPC合成酶活力,苯甲酰化法测定神经酰胺含量。【结果】AUR1基因序列和IPC合成酶活性测定表明4株不同的突变体均产生了对IPC合成酶抑制剂Ab A的抗性,它们的突变类型为:(1)AUR1序列中缺失内含子;(2)AUR1序列中缺失内含子和P155S氨基酸突变;(3)AUR1序列中缺失内含子和V33A的氨基酸突变;(4)AUR1序列中缺失内含子和P155S、S177P、F237L的氨基酸突变。AUR1缺失内含子和既缺失内含子又伴随P155S氨基酸突变的突变体的Ab A抗性较强。神经酰胺含量测定表明野生型IPC合成酶被抑制,导致神经酰胺积累,而突变体则能抵抗Ab A对IPC合成酶的抑制作用。【结论】AUR1基因中的内含子对IPC合成酶的调控起重要的作用。Ab A通过抑制IPC合成酶引起神经酰胺积累,IPC合成酶是鞘脂代谢的关键酶。     

具有转糖基活性的糖苷酶的分子进化

糖苷酶是糖类合成的重要催化剂,但其催化的反应为可逆反应,产物产量不高。近年来,通过糖苷酶催化位点氨基酸突变、其他位点氨基酸突变、随机突变、C端缺失突变和DNA混编（DNA shuffling）等方法对糖苷酶进行分子进化．使得糖苷酶合成糖类的产量大幅度提高,同时也优化了糖苷酶催化糖类合成时的其他性质,如区域选择性和温度耐受性等。     

唾液酸苷酶的催化机理及水解与合成寡糖进展

唾液酸苷酶(EC.3.2.1.18)是一类重要的糖苷水解酶,在动物和微生物中广泛存在.该类酶催化寡糖或糖缀合物上非还原末端唾液酸水解,具有重要的生物学功能,如参与溶酶体降解代谢物、癌症发生、微生物致病等多种生理和病理过程.除了水解活性外,有的唾液酸苷酶还具有转糖基活性,能够以唾液酸单糖或糖苷为糖基供体,催化唾液酸转移到受体分子上,一步合成寡糖和糖苷化合物.这种合成活性对于唾液酸相关糖链的大量获得具有重要意义,有利于推动该类寡糖的基础研究及其在食品和医药中的应用.本文综述了唾液酸苷酶的结构和催化机理、生理功能、转糖基作用及其在寡糖合成中的应用.     

易错PCR提高华根霉脂肪酶的热稳定性

为了提高华根霉Rhizopus chinensis CCTCC M201021脂肪酶的热稳定性,运用定向进化-易错PCR的方法,经两轮易错PCR引入突变,利用fast-blue RR顶层琼脂法对突变文库进行筛选,第一轮易错PCR后筛选到2株突变菌株,第二轮筛选到4株突变株。第二轮最佳突变株Ep2-4,其中3个氨基酸发生了突变：A129S、P168L和V329A。该突变酶ep2-4在60 ℃下半衰期相对原始酶r27RCL提高5.4倍,T50值提高7.8 ℃。酶学性质研究表明,突变酶ep2-4在热稳定性提高的基础上,仍保有良好的催化活性。蛋白质三维结构模拟显示,突变A129S可以和Gln133形成氢键,增加了酶表面的亲水性和极性;P168L可以与邻近的Leu164形成疏水键,导致突变酶的热稳定性提高。     

甾体皂甙的生物合成

近年来,人们分离鉴定了许多结构新颖的皂甙,阐明了它们的结构及生物活性,并对甾体皂甙的生物合成途径进行了较为深入的研究。异戊烯二磷酸在香叶二磷酸合成酶、法呢二磷酸合成酶、鲨烯合成酶和鲨烯环氧酶催化下合成2,3-环氧化鲨烯,再经环氧化鲨烯环化酶催化下形成三萜进而转化成甾醇,甾醇经羟化酶、糖基转移酶和β-糖苷酶的修饰,形成各种类型的甾体皂甙。本文重点介绍了甾体皂甙生物合成中所需要的关键酶,特别是以往研究较少的糖酶,主要为3-O-糖基转移酶,26-O-β-糖苷酶,并对甾体皂甙生物合成的前景进行了展望。     

过氧化氢酶基因定向进化文库的构建及其评价

采用易错聚合酶链反应和DNA改组技术构建野生型梅花鹿过氧化氢酶(CAT)基因的突变体文库,并随机对两种方法所得产物各5个样品做序列测定。序列分析结果表明突变率分别为0.329%和27.58%,易错聚合酶链反应体系的错配率可以比普通PCR体系提高约10倍,DNA改组的突变率则更高,但是难以避免由于突变率太高造成的目的基因无法正确翻译这一情况。另外,应用邻接法(neighbor-joining, NJ)对随机选择的过氧化氢酶基因突变体序列和野生型序列做核酸和蛋白质序列的NJ进化树,进化关系与突变率分析基本一致。     

易错PCR法提高土芽孢杆菌ZH1羧酸酯酶的热稳定性

摘要:【目的】对土芽孢杆菌(Geobacillus sp.) ZH1的羧酸酯酶基因进行定向进化,筛选得到酶热稳定性提高的突变酶。【方法】利用易错PCR技术向羧酸酯酶基因中随机引入突变,建立酶基因突变文库,筛选获得热稳定性提高的突变体,并对突变酶进行诱导表达、纯化及部分酶学性质研究。【结果】通过筛选,获得羧酸酯酶热稳定性提高的突变菌株65。序列分析表明,突变酯酶65有2个氨基酸发生了改变,包括T113S和M160K。突变酶的三维结构模拟显示,突变T113S位于酶分子的第5个β-折叠上;突变M160K处在酶分子第5个和第6个α-螺旋之间的环结构上,位于酶分子表面,突变后的Lys160与邻近的Thr162形成一个额外氢键。在90 ℃下,突变酶65和亲本酶的半衰期分别为3.1 h 和1.9 h,表明筛选到的突变酶65比亲本酶的热稳定性好。【结论】基于易错PCR技术对Geobacillus sp．ZH1羧酸酯酶的热稳定性进行了定向进化,对改善酶的性质、扩大酯酶的应用范围,以及研究酯酶的结构与功能的关系具有重要意义。