甲酸脱氢酶及其在手性生物制造中的应用

氧化还原生物合成体系在绿色生物制造手性化合物中具有重要应用价值.甲酸脱氢酶(formate dehydrogenase,FDH)能氧化甲酸盐生成二氧化碳,同时将NAD(P)+还原为NAD(P)H,是氧化还原生物合成中辅酶再生体系的关键酶.但天然的FDH催化效率低、稳定性差、辅酶利用率不高等缺点制约了其在工业生产中的应用...     

难肝黄嘌呤脱氢酶的研究

(一)和 Morell 的观察相同鸡肝黄嘌呤脱氢酶能还原辅酶 I,活力和用2,6-二氯酚靛酚作受体相近。次黄嘌呤同样也能作底料。(二)辅酶 I 氧化黄嘌呤的作用是可逆的,鸡肝黄嘌呤脱氢酶能接鉵还原辅酶 I 为尿酸所氧化的作用。(三)辅酶 I 明显地增加鸡肝黄嘌呤氧化酶系和黄嘌呤细胞色素 c 还原酶系的活力。(四)用辅酶 I 及用2,6-二氯酚靛酚作受体的二种黄嘌呤脱氢酶活力受氰化物作用失效的程度相同,两种活力的比例在提纯过程中基本上不变,因此认为二种活力由同一酶所接触。     

辅酶Q_(10)对缺血心肌线粒体功能和形态的影响

辅酶Q_(10)(CoQ_(10))参与呼吸链及电子传递,在氧化还原系统中作为可逆的受氢体行使着催化功能。文献报道CoQ_(10)能保护或改善缺血心肌的功能、代谢和形态,临床用于治疗冠心病、充血性心衰、心肌炎、心律失常等心血管疾病。本文通过观察CoQ_(10)对缺血心肌线粒体功能和形态的影响,以探讨其保护缺血心肌的作用机制。     

辅酶工程在酿酒酵母木糖代谢工程中的研究进展

辅酶工程（cofactor engineering）是代谢工程的一个重要分支,它通过改变辅酶的再生途径,达到改变细胞内代谢产物构成的目的。介绍了酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)木糖代谢工程中,利用辅酶工程解决氧化还原平衡问题的研究进展,包括引入转氢酶系统,增加代谢中可利用的NADPH,实现NADH的厌氧氧化等策略。同时介绍了改变XR、XDH辅酶偏好的研究进展。     

毕赤酵母木糖还原酶定点突变改善其对双辅酶的亲和力

通过毕赤酵母(Pichia stipitis)木糖还原酶(xylose reductase, XR)基因定点突变,获得NADH高亲和力的毕赤酵母木糖还原酶(PsXR),改善了辅酶不同而导致的酿酒酵母胞内氧化还原失衡.同时克隆了PsXR编码基因,通过BLAST工具进行同源性搜索,并用生物软件进行序列比对和结构分析,确定突变位点.用融合PCR方法进行定点突变,并在大肠杆菌表达系统中进行融合表达,且对表达产物进行HIS-TAG亲和纯化,分光光度法检测酶活性,计算比活力.本研究成功获得突变XR编码基因,并收集了纯化的突变蛋白.酶活性检测和比活力计算显示,3种突变酶对2种辅酶的亲和力在一定程度上都发生了变化.与未突变的PsXR相比,3种突变酶对辅酶NADPH的亲和力均显著下降,突变酶M3对辅酶NADH的亲和力未发生变化,而突变酶M1和M4对辅酶NADH的亲和力显著升高,其中突变酶M1对NADH的亲和力明显提高,对NADPH的亲和力明显下降,其活性主要依赖辅酶NADH,提示K270R位点在XR与辅酶结合中起关键作用.     

不同类型泥炭沼泽湿地无机离子、溶解有机质的变化特征及生态学意义

泥炭沼泽湿地仅占地球陆地面积的3%,而碳储量却占全球的30%,是陆地生态系统重要的碳库。溶解性有机质(DOM)是泥炭地碳循环重要组成部分,也是泥炭地生物地球化学过程的重要参与者。本研究利用新型电化学方法、稳定同位素技术对2个泥炭样地(矿养型泥炭沼泽,LB;雨养型泥炭沼泽,OS)地表水、地下水、土壤孔隙水中DOM及无机离子的氧化还原能力变化特征进行分析。结果表明: LB样地的无机元素丰富且浓度较高,无机主导的厌氧呼吸过程起主要作用;不同来源(地表水、地下水和孔隙水)水样中的氧化还原能力差异主要受实际氧化还原电位影响,孔隙水剖面铁和硫酸盐大多以还原价态赋存,无机电子受体会影响DOM的氧化还原活性基团发生氧化还原反应的水平和深度。OS样地的有机质极其丰富,有机电子受体参与氧化还原过程贡献显著,不同来源(地表水、地下水和孔隙水)水样中氧化还原能力差异同样受实际氧化还原电位影响,孔隙水剖面的氧化还原能力还受不同深度泥炭基质化学组成差异的影响。利用电子接受能力(EAC)和氧化指数(OI)值可表示沿梯度变化的氧化还原条件,进而可有效指示水生系统中有机质氧化还原状态。     

高等植物的交替氧化酶研究进展

交替氧化酶(Alternative Oxidase,AOX)广泛存在于高等植物、藻类和原生生物线粒体内膜。从主呼吸链的辅酶Q分岔,是氧化辅酶Q、还原氧分子生成水的另一终端氧化酶。氧化过程没有质子穿膜运动、热量以产热方式散发。产热植物中交替氧化产生的热量使花粉发出芳香味吸引虫传粉。推测植物AOX使植物在环境胁迫下维持呼吸,调节能量平衡,抵抗氧化胁迫,保持三羧酸循环的运行。AOX是首次发现的双铁羧酸蛋白质成员中的膜蛋白质,AOX与膜分离后容易失活,至今尚未有三级结构的报导,只有二级结构的2种假设模式,最新的模式AOX为膜界面蛋白质而不是跨膜蛋白。最近我们的研究表明有2个途径可获得适量有活性的AOX:建立优化的pFLAG-1-AOX大肠杆菌超量表达系统;从产热植物如斑叶阿若母(Arum maculatum)花序组织线粒体分离纯化有活性的AOX。     

辅酶再生体系的研究进展

辅酶再生是实现氧化还原酶催化反应的必需步骤 ,是关系到氧化还原酶工业应用的关键。通过介绍酶法再生和电化学方法再生的机理 ,分别总结了有关还原态辅酶和氧化态辅酶再生方法的研究现状 ,包括酶学再生过程中涉及到的酶、自由酶和整体细胞再生及其反应器的设计 ;以及电化学再生中电极修饰及中间体选择等。并提出了辅酶再生研究的潜在发展方向     

枯草芽孢杆菌氧化还原感应全局调控因子Rex对乙偶姻合成的影响

【背景】枯草芽孢杆菌体内含有一种可响应胞内氧化还原水平的因子,称之为氧化还原感应全局调控因子Rex (由基因ydiH编码)。Rex可通过感知辅酶NADH/NAD+水平的变化来调节胞内氧化还原平衡。【目的】研究Rex对枯草芽孢杆菌乙偶姻合成和辅因子代谢的相关性。【方法】利用比较转录组挖掘乙偶姻和2,3-丁二醇可逆转化过程中显著差异的基因,并通过Cre/lox基因敲除技术敲除ydiH、acuA (乙酰AcsA)和acoC (二氢脂酰胺乙酰转移酶)。随后,利用实时荧光定量PCR (RT-qPCR)技术分析敲除菌株中乙偶姻相关基因的转录水平。【结果】通过发酵实验发现,敲除ydiH会在一定程度上抑制菌体的生长速率,但发酵前期乙偶姻单位细胞产量和底物转化率都得到了显著提高;敲除acuA和acoC后,对乙偶姻合成、菌体生长和糖耗速率均影响不大;敲除ydiH后,与乙偶姻合成相关基因alsR (alsSD的正转录调控因子)、alsS (α-乙酰乳酸合成酶)、alsD (α-乙酰乳酸脱羧酶)和bdhA (2,3-丁二醇脱氢酶)的转录水平显著上调。【结论】枯草芽孢杆菌氧化还原感应全局调控因子Rex通过抑制与...     

NAD(P)H再生及其依赖型酶在工程菌中研究进展

许多氧化还原型酶都属于辅酶依赖型酶类,在生物转化中添加外源性辅酶将增加生产成本,而辅酶的缺乏又将直接影响生物转化效率,因此构建能实现辅酶再生的基因工程菌是辅酶依赖型基因工程菌走向工业化的有效手段之一。该综述对目前已报道的辅酶依赖型酶常用的还原态辅酶和氧化态辅酶再生的脱氢酶体系进行整理,并简述了在基因工程菌中通过辅酶再生提高酶催化的生物转化效率的研究进展,以期为构建辅酶再生型基因工程菌,以及实现这类工程菌自动化和一体化的发酵工艺提供借鉴。     

生物催化立体选择性氧化还原中存在问题及其发展策略

以立体选择性氧化还原酶或其全细胞催化的不对称氧化还原反应已经成为转化光学活性手性醇及其他手性化合物的有效手段。然而,生物催化氧化还原反应体系存在着催化活性与专一性、反应体系与催化稳定性等生物催化剂所固有的局限性问题,而且,生物氧化还原反应必需辅酶及其再生问题也是限制该转化途径产业化应用的一个重要因素。围绕上述生物催化立体选择性氧化还原中存在的关键问题,现代分子生物技术及反应工程的不断突破和发展为改善生物催化立体选择性氧化还原在催化剂本身和反应工程方面的局限性提供了有效的发展策略,为其进一步大规模产业应用提供了发展基础。     

新型辅酶依赖型立体选择性氧化还原酶性质的初步研究

为了进一步认识立体选择性转化用菌株近平滑假丝酵母(Candida parapsilosis)SYB-1的转化机理及其转化酶系的酶学特性,考察了该菌种来源的粗酶的辅酶依赖型及立体选择性,发现依赖于辅酶NADP ,该酶将(R)-苯基乙二醇氧化为β-羟基苯乙酮;而依赖于辅酶NADH,该酶不对称还原β-羟基苯乙酮为(S)-苯基乙二醇。在研究该粗酶酶学特性后发现该粗酶对5C的伯醇专一性较强;在包括仲醇和二元醇的手性醇中,对于二元醇的专一性较强;而在还原反应中对2-丁酮专一性较强。金属螯合剂及重金属离子会对该粗酶的活力产生抑制作用。该粗酶催化氧化的最适pH为8.0,最适温度为50℃;催化还原的最适pH为6．0,最适温度为40℃。     

辅酶模型化合物与过硫化物间单电子转移反应机制的新证据

本文以紫外—可见光谱和自旋捕获—ESR联用技术研究了辅酶NADH模型化合物N-苄基-1.4-二氢菸酰胺与过硫化物的氧化-还原反应,获得反应体系中自由基中间体存在的信息,为有关生物体输酶氧化-还原反应的两步单电子转移自由基机制提供了进一步的依据.     

解决氧化还原酶反应体系中辅酶问题的策略及其应用

氧化还原酶还原醛或酮生成各种手性醇或手性胺类化合物。然而,氧化还原酶的催化过程通常需要价格昂贵的烟酰胺类辅酶提供或接受电子,这严重阻碍了氧化还原酶的工业化进程。因此,如何降低辅酶的成本已成为生物催化领域的研究热点和关键问题。随着工业化应用的实际需求和研究工作的深入,各种解决辅酶问题的策略被相继提出,如构建体外辅酶再生系统,利用发酵工程与代谢工程等手段提高内源性辅酶利用率,研究和开发辅酶替代物等。文中对这些策略的研究概况进行简要介绍,并通过列举相关应用实例分析各自的优、缺点,为进一步拓展氧化还原酶的工业化应用提供借鉴和参考。     

醌蛋白研究进展

醌蛋白又称醌酶,是一类以吡咯喹啉醌(PQQ)或其结构类似物(TTQ、TPQ或LTQ)为辅助因子的氧化还原酶。以PQQ为辅酶的醌蛋白是其中最重要的一类醌蛋白。按其在氧化还原反应过程中包含辅酶的种类和数量可以分为Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型等3种型别。Ⅰ型醌蛋白是一类简单的醌蛋白,只含有1分子的PQQ作为辅酶;而Ⅱ型和Ⅲ型醌蛋白含有PQQ和血红素c作为辅酶。Ⅱ型醌蛋白包含1分子PQQ和1分子血红素c,广泛存在于假单胞菌属、丛毛单胞菌属细菌的胞外周质中,参与催化反应过程。Ⅲ型醌蛋白仅存在于醋酸菌属细菌的细胞膜上,由3个亚基组成,即含有1个PQQ/血红素的催化亚单位、1个含有3个血红素c的亚单位和1个不含辅酶的功能未知的亚单位。综述了几种主要醌蛋白的结构、催化机制、电子传递,以及它们的应用情况。     

硫氧还蛋白系统在COPD抗氧化中的作用研究进展

硫氧还蛋白系统是由硫氧还蛋白(thioredoxin,Trx)、硫氧还蛋白还原酶(thioredoxin reductase,TrxR)和还原型辅酶Ⅱ(NADPH)组成的多功能小分子蛋白系统,广泛表达的硫氧还蛋白作为蛋白质二硫键的还原酶,它参与很多生理过程,并发挥重要生物学功能,包括调节机体的氧化还原反应、抑制细胞凋亡、调节转录因子DNA结合活性以及免疫应答等,其中一重要作用是参与调节细胞氧化还原状态以对抗氧化应激。因此在一些炎症性疾病如慢性阻塞性肺疾病、急性呼吸窘迫综合征、肺间质疾病、哮喘、肺结节病等的发生发展中扮演重要角色,本文对硫氧还蛋白系统在慢性阻塞性肺疾病中的抗氧化作用作一综述。     

酮古龙酸菌与呼吸链偶联的2-KGA代谢途径研究进展

酮古龙酸菌可将底物L-山梨糖转化为维生素C的前体2-酮基-L-古龙酸(2-KGA)。该菌共存在5种反应参与2-KGA代谢,包括:1D-山梨醇氧化为L-山梨糖;2L-山梨糖氧化为L-山梨酮;3L-山梨酮(吡喃型)氧化为2-KGA;4L-山梨酮(呋喃型)氧化为维生素C。52-KGA还原为L-艾杜糖酸。其中L-山梨糖/L-山梨酮脱氢酶(SSDH)参与反应123,L-山梨糖脱氢酶(SDH)参与反应23,L-山梨酮脱氢酶(SNDH)参与反应34,醛脱氢酶(ALDH)参与反应3,2-KGA还原酶(2-KGR)参与反应5。SDH/SSDH/ALDH属于Ⅰ型醌酶,其辅酶为1分子PQQ;SNDH属Ⅱ型醌酶,与PQQ、heme C共同构成quinohemoproteins,2种醌酶均分布于周质空间中与呼吸链相偶联,意味着这种膜上直接氧化过程伴随ATP产生,使得菌体可以利用环境中的底物实现快速供能。     

谷氨酸棒杆菌NAD激酶的过表达对L-异亮氨酸合成的促进作用

NAD激酶催化辅酶Ⅰ[NAD(H)]发生磷酸化,转变成辅酶Ⅱ[NADP(H)],而还原态辅酶Ⅱ(NADPH)是L-异亮氨酸合成的必要辅因子。为了提高NADPH的供应,首先克隆了谷氨酸棒杆菌NAD激酶基因ppnK,并利用大肠杆菌-棒状杆菌诱导型穿梭表达载体pDXW-8和组成型穿梭表达载体pDXW-9在L-异亮氨酸合成菌——乳糖发酵短杆菌JHI3-156中进行表达。摇瓶发酵后,ppnK诱导表达菌JHI3-156/pDXW-8-ppnK的NAD激酶酶活(4.33±0.74 U/g)比pDXW-8空载菌提高了83.5%,辅酶Ⅱ与辅酶Ⅰ的比例提高了63.8%,L-异亮氨酸产量(3.86±0.12 g/L)提高了82.9%;ppnK组成表达菌JHI3-156/pDXW-9-ppnK的NAD激酶酶活(7.67±0.65 U/g)比pDXW-9空载菌提高了2.20倍,辅酶Ⅱ与辅酶Ⅰ的比例提高了1.34倍,NADPH含量提高了21.7%,L-异亮氨酸产量(2.99±0.18 g/L)提高了41.7%。这说明NAD激酶有助于辅酶Ⅱ的供应和L-异亮氨酸的生物合成,这对于其他氨基酸的生产也有一定的参考依据。     

植物质膜氧化还原系统的生理作用

植物质膜氧化还原系统的生理作用陈思学,焦新之（中国科学院上海植物生理研究所上海２０００３２）细胞质膜氧化还原系统是指存在于质膜中的电子传递链（包括电子供体氧化酶、电子载体和电子受体还原酶等）,通过氧化还原酶的作用和电子载体的氧化和还原反应,将电子从供...     

辅酶Q10生物合成与生产研究进展

微生物发酵法是生产辅酶Q10的最佳工艺.辅酶Q10的生物合成途径包括异戊二烯焦磷酸合成、聚十异戊二烯焦磷酸合成、苯环修饰等过程.1-脱氧-D-木酮糖-5-磷酸合成酶、聚十异戊二烯焦磷酸合成酶、对羟基笨甲酸聚十异戊二烯焦磷酸转移酶等是Q10合成的关键酶.生产辅酶Q10的菌种可通过诱变、基因重组和支路敲除等方法获得.氧化还原电位控制、pH控制补料分批发酵、发酵萃取耦合技术等新工艺逐浙应用于辅酶Q10生产.