纤维素酶家族及其催化结构域分子改造的新进展

纤维素酶的分子改造是其催化性能改进及催化效率提升的重要手段。近年来,组学技术与结构测定技术的迅速发展,人们已建立了包括糖苷水解酶(Glycoside hydrolase,GH)在内的碳水化合物活性酶组分数据库。通过对同一蛋白家族进行序列比对、分子进化分析与祖先基因重构,以结构模建分析为指导的纤维素酶分子改造,可以明显缩小序列或结构的搜索空间,加快酶分子改造的速度,增大理性设计成功的概率;同时针对催化中心活性架构的分析可以进一步阐明纤维素酶的催化机理与酶分子持续性降解机制。文中主要对纤维素酶家族及其催化结构域的分子改造取得的最新进展作了综述。在后基因组时代基于蛋白质家族中的海量数据分析,以其保守结构信息为指导的理性设计,将会成为纤维素酶分子改造的重要方向,从而推动生物质转化工艺的快速发展。     

催化性抗体及其研究进展

根据过渡态理论,按特定的化学反应机制确定反应中的可能过渡态结构,选择和该过渡态结构类似的化合物作为半抗原,可诱导机体产生具有催化活性的催化性抗体.文章对诱导催化性抗体中半抗原的选择原则、催化性抗体和非催化性抗体间的联系、催化性抗体和酶促催化反应的比较等方面进行了较为全面的综述,并对催化性抗体在医药科学中的应用前景及限制因素进行了讨论.     

紫杉醇的生物合成途径和参与催化的酶

通过了解紫杉醇生物合成途径和途径中的催化酶 ,特别是催化限速步骤的关键酶以及这些酶的编码基因 ,从而从分子水平对该途径实施人工操纵 ,将是发展先进的生物工艺大量生产紫杉醇的前提。文章介绍了紫杉醇生物合成途径和催化酶类的研究进展 ,并简略讨论了紫杉醇生物合成研究领域所面临的问题     

老黄酶OYE家族的蛋白质工程的研究进展 *

老黄酶OYE家族酶是一类广泛分布的能够催化烯烃化合物不对称还原的酶类,其能够用于多种手性化合物的制备.分析了OYE家族酶的系统分类及催化反应类型,针对目前该类酶在应用过程中出现的稳定性差,活性低及底物特异性强等问题,综述了蛋白质工程方法对该类酶进行改造的研究进展,为深入研究该家族酶的催化机制及进一步改造提供参考,同时为进一步拓展OYE酶的工业化应用奠定基础.     

分子信标方法研究HIV-1整合酶3'加工反应动力学

HIV-1整合酶催化病毒cDNA与宿主细胞基因组DNA的整合,是病毒在宿主细胞中增殖的一个关键酶.3'加工是整合酶催化整合过程的第一步反应,3'加工反应动力学的研究对整合酶催化机理研究和以整合酶为靶点的药物研发都具有重要意义.构建了野生型HIV-1整合酶重组质粒,在大肠杆菌BL21中诱导表达,通过对包涵体变性、复性,纯化得到了整合酶蛋白.基于分子信标原理,设计了荧光和淬灭基团标记的DNA底物,通过荧光信号实时监测3'加工反应,对酶反应的动力学性质进行研究.结果表明,纯化的整合酶蛋白具有较高的活性,酶反应表现出显著的Mg2+偏好性.酶动力学研究(Km=131.79 nmol/L,Kcat=0.0042 min-1)表明,该分子信标方法和设计的DNA底物可用于整合酶3'加工反应动力学研究以及酶反应性质的研究.     

植物中的葡糖磷酸变位酶

葡糖磷酸变位酶是催化葡糖1磷酸与葡糖6磷酸之间可逆性转化的酶类,在有机体内的糖原合成及利用中起中枢作用。本文综述了葡糖磷酸变位酶在植物中的分布、重要性、功能及分子特性等,重点介绍了关于植物葡糖磷酸变位酶在遗传及分子生物学方面的研究进展和热点,并讨论了研究葡糖磷酸变位酶的理论和实际意义。     

右旋糖酐-α-1,6键水解酶的家族、结构及其应用

右旋糖酐（dextran）水解酶种类繁多,其中右旋糖酐-α-1,6键水解酶（D-α-1,6 H）是主要的水解酶类.该类酶包括右旋糖酐酶（EC 3.2.1.11）、葡萄糖右旋糖酐酶（EC 3.2.1.70）、异麦芽糖右旋糖酐酶（EC 3.2.1.94）等,分属不同糖苷水解酶家族.D-α-1,6 H的结构和催化方式多样,分类和进化关系复杂,是糖苷水解酶催化机制研究和酶蛋白分子进化研究的好材料.D-α-1,6H及该类酶的催化产物在工业和医学中均有重要而广泛的应用.近年来对D-α-1,6H的理论和应用研究逐渐增加,但仍缺乏深入的系统性研究.本文对D-α-1,6H的家族、结构和功能进行分析,并对其在工业和医学中的最新应用研究作以总结.     

植物中的葡糖磷酸变位酶

葡糖磷酸变位酶是催化葡糖－１－磷酸与葡糖－６－磷酸之间可逆性转化的酶类,在有机体内的糖原合成及利用中起中枢作用。本文综述了葡糖磷酸变位酶在植物中的分布、重要性、功能及分子特性等,重点介绍了关于植物葡糖磷酸变位酶在遗传及分子生物学方面的研究进展和热点,并讨论了研究葡糖磷酸变位酶的理论和实际意义。     

不同微生物来源的加氧酶及其催化反应特征的研究进展

加氧酶作为一种氧化还原酶,可催化分子氧的氧原子与一大类有机化合物反应,被广泛应用于环保行业、美容保健行业、移植免疫过程、医药中间体的生产、资源开发利用、生态环境的生物修复、病虫害的防治等。本文综述了来源于真菌、细菌以及放线菌的加氧酶的研究进展,包括酶的性质、结构特点、催化机理及催化反应途径、应用等,并对微生物中加氧酶的研究前景进行了展望。     

顺乌头酸酶为何不宜被划分为异构酶

用中间产物学说和化学反应的过渡态理论探讨了顺乌头酸酶为何不宜被划分为异构酶的原因.     

多结构域酶的结构域进化关系

近年来随着生命科学新技术、新方法的涌现,酶蛋白结构和功能研究逐渐深入。具有多结构域的酶蛋白中各个结构域常具有独立的催化或结合底物的功能,在重组酶和组合生物合成研究中具有极大的研究和应用价值。这些结构域功能和组织方式的多样性,是研究分子进化的基础。对结构域进行进化分析对于研究多结构域酶的进化过程、功能相近酶之间的关系,以及对酶的分类鉴定等有重要意义。本文从结构域的重复性、结构域的水平基因转移和结构域的重组等方面出发,对多结构域酶中结构域之间进化关系的研究成果进行综述。     

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。     

Enzyme stabilization by nano/microsized hybrid materials

Immobilization is a key technology for successful realization of enzyme‐based industrial processes, particularly for production of green and sustainable energy or chemicals from biomass‐derived catalytic conversion. Different methods to immobilize enzymes are critically reviewed. In principle, enzymes are immobilized via three major routes (i) binding to a support, (ii) encapsulation or entrapment, or (iii) cross‐linking (carrier free). As a result, immobilizing enzymes on certain supports can enhance storage and operational stability. In addition, recent breakthroughs in nano and hybrid technology have made various materials more affordable hosts for enzyme immobilization. This review discusses different approaches to improve enzyme stability in various materials such as nanoparticles, nanofibers, mesoporous materials, sol–gel silica, and alginate‐based microspheres. The advantages of stabilized enzyme systems are from its simple separation and ease recovery for reuse, while maintaining activity and selectivity. This review also considers the latest studies conducted on different enzymes immobilized on various support materials with immense potential for biosensor, antibiotic production, food industry, biodiesel production, and bioremediation, because stabilized enzyme systems are expected to be environmental friendly, inexpensive, and easy to use for enzyme‐based industrial applications.     

融合酶的设计和应用研究进展

酶的分子改造和重新设计是解决酶催化工业应用瓶颈的重要途径。基于融合蛋白设计的融合酶技术是分子酶工程的一个研究热点,已逐渐应用于多功能酶和酶靠近效应的构建与控制研究中,显示出重要的理论和应用研究价值。文中对近年来融合酶的分子设计策略和应用研究的进展进行了综述。首先介绍了融合酶的概念和特点,并对最近研究中出现的融合酶构建策略进行了归纳总结,重点阐述了不同种类连接肽对融合酶的影响及其可能机理。同时,对目前融合酶的应用研究进行了归纳和讨论。最后,结合本实验室的研究,指出了融合酶领域的关键问题并对其发展方向进行了探讨和展望。     

Towards new enzymes for biofuels: lessons from chitinase research

Enzymatic conversion of structural polysaccharides in plant biomass is a key issue in the development of second generation ('lignocellulosic') bioethanol. The efficiency of this process depends in part on the ability of enzymes to disrupt crystalline polysaccharides, thus gaining access to single polymer chains. Recently, new insights into how enzymes accomplish this have been obtained from studies on enzymatic conversion of chitin. First, chitinolytic microorganisms were shown to produce non-hydrolytic accessory proteins that increase enzyme efficiency. Second, it was shown that a processive mechanism, which is generally considered favorable because it improves substrate accessibility, might in fact slow down enzymes. These findings suggest new focal points for the development of enzyme technology for depolymerizing recalcitrant polysaccharide biomass. Improving substrate accessibility should be a key issue because this might reduce the need for using processive enzymes, which are intrinsically slow and abundantly present in current commercial enzyme preparations for biomass conversion. Furthermore, carefully selected substrate-disrupting accessory proteins or domains might provide novel tools to improve substrate accessibility and thus contribute to more efficient enzymatic processes.     

Optimization protocols and improved strategies of cross-linked enzyme aggregates technology: current development and future challenges

Cross-linked enzyme aggregate (CLEA) technology has been regarded as an effective carrier-free immobilization method. This method is very attractive due to its simplicity and robustness, as well as for the possibility of using the crude enzyme extract and the opportunity to co-immobilize multiple different enzymes. The resulting CLEAs generally exhibit high catalyst productivities, improved storage and operational stability and are easy to recycle. Nowadays, although the technology has been applied to various enzymes, some undesirable properties have limited its further application. To overcome these limitations, novel strategies have been developing in recent years. This mini-review focuses on process optimization, new improved strategies and the latest advances on CLEAs technology.     

农药残留检测关键用酶固定化研究进展

为保障消费者食用安全,迫切需要研发农产品和食品中的农药残留快速检测技术.酶抑制法检测是目前农药残留快速检测技术中的主要研究方向之一,而酶的固定化是用基于酶抑制法原理对农药残留检测研究中的重要步骤.通过物理或化学的方法高效地将酶固定于载体上,同时保持酶的催化活性是开发各类基于酶抑制法检测农药残留传感器的关键.本文将从固定...     

Alternate structural conformations of Streptococcus pneumoniae hyaluronan lyase: insights into enzyme flexibility and underlying molecular mechanism of action

Streptococcus pneumoniae hyaluronan lyase is a surface enzyme of this Gram-positive bacterium. The enzyme degrades several biologically important, information-rich linear polymeric glycans: hyaluronan, unsulfated chondroitin, and some chondroitin sulfates. This degradation facilitates spreading of bacteria throughout the host tissues and presumably provides energy and a carbon source for pneumococcal cells. Its beta-elimination catalytic mechanism is an acid/base process termed proton acceptance and donation leading to cleavage of beta-1,4 linkages of the substrates. The degradation of hyaluronan occurs in two stages, initial endolytic cuts are followed by processive exolytic cleavage of one disaccharide at a time. In contrast, the degradation of chondroitins is purely endolytic. Structural studies together with flexibility analyses of two streptococcal enzymes, from S.pneumoniae and Streptococcus agalactiae, allowed for insights into this enzyme's molecular mechanism. Here, two new X-ray crystal structures of the pneumococcal enzyme in novel conformations are reported. These new conformations, complemented by molecular dynamics simulation results, directly confirm the predicted domain motions presumed to facilitate the processive degradative process. One of these new structures resembles the S.agalactiae enzyme conformation, and provides evidence of a uniform mechanistic/dynamic behavior of this protein across different bacteria.     

综述与专论: 二维过渡金属硫化物纳米复合材料的模拟酶特性及应用

纳米酶是一个非常令人兴奋和有希望的领域,旨在模仿使用各种纳米材料的天然酶的一般原理,并在许多领域提供了大量实际应用。 天然酶具有一些内在的缺点,如成本高,稳定性低,储存困难,以及催化活性对环境条件的敏感性。 而纳米酶显示出低成本,高稳定性和高效活性。 各种过氧化物酶和/或氧化酶模拟物已经取得了很大的进展。本综述介绍了关于二维过渡金属硫化物纳米复合材料的纳米酶特性的最新研究进展。     

核苷类药物酶法合成研究进展

由于核苷类似物具有很高的抗病毒活性,因为而已成为医药工作者研究的重点。运用酶法合成核苷类似物．已经显示了巨大的优势。本文综述了酶法合成核苷类似物的产生菌种和酶系,以及它们的催化机理,并罗列了已经用于生产或较有使用价值的菌种。