聚乙烯醇-明胶复合膜固定化重组大肠杆菌NAD激酶的研究

为提高烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD)激酶的稳定性,采用复合膜对NAD激酶进行固定化研究。选用聚乙烯醇(PVA)、聚乳酸(PLA)、海藻酸钠(SA)和明胶(GEL)膜材料固定化NAD激酶。通过单因素实验确定最佳固定化条件为:PVA∶GEL为4∶1,加酶量为0.6 mL,固定化时间为6h,固定化温度为35℃,此时酶活力回收率达到最高值84%。固定化酶酶学性质分析结果表明,与游离酶进行比较,固定化后NAD激酶的最适温度由50℃提高至55℃,最适pH由8.0降至7.0,NAD激酶的热稳定性和pH稳定性均得到显著提高,但固定化酶的亲和力降低。固定化NAD激酶重复利用6次后,酶活性依然可维持初始酶活性的75%以上,表明聚乙烯醇-明胶复合膜固定化酶具有良好的操作稳定性。     

过量表达烟酸单核苷酸腺苷酰转移酶对大肠杆菌NZN111产丁二酸的影响

大肠杆菌NZN111是敲除了乳酸脱氢酶的编码基因(ldhA)和丙酮酸-甲酸裂解酶的编码基因(pflB)的发酵生产丁二酸的潜力菌株。厌氧条件下NADH不能及时再生为NAD+,引起胞内辅酶NAD(H)的不平衡,最终导致厌氧条件下菌株不能利用葡萄糖生长代谢。nadD为催化NAD(H)合成途径中烟酸单核苷酸(NaMN)生成烟酸腺嘌呤二核苷酸(NaAD)的烟酸单核苷酸腺苷酰转移酶(Nicotinic acid mononucleotide adenylyltransferase,NAMNAT)的编码基因,通过过量表达nadD基因能够提高NAD(H)总量与维持合适的NADH/NAD+比例。文中构建了重组菌E.coli NZN111/pTrc99a-nadD,在厌氧摇瓶发酵过程中通过添加终浓度为1.0 mmol/L的IPTG诱导表达,重组菌E.coli NZN111/pTrc99a-nadD中NAD+和NADH的浓度分别比宿主菌E.coli NZN111提高了3.21倍和1.67倍,NAD(H)总量提高了2.63倍,NADH/NAD+从0.64降低为0.41,使重组菌株恢复了厌氧条件下生长和代谢葡萄糖的能力。重组菌与对照菌相比,72 h内可以消耗14.0 g/L的葡萄糖产6.23 g/L的丁二酸,丁二酸产量增加了19倍。     

NAD~+/NADH代谢机制研究进展

NAD+/NADH是细胞能量代谢所必需的辅酶,小到细胞的各种生命活动,大到整个生命结构的平衡,都需要能量来维持。同时,细胞的氧化还原状态,特别是NAD+/NADH的水平直接影响着细胞的节律、衰老、癌变和死亡等重大生命过程。故而有关细胞内NAD+或NADH代谢的研究近年在国际上形成了一个新的热点。我们以NAD+/NADH代谢为重点,综述国内外关于该机制的研究现状。     

微生物辅因子工程研究进展

微生物细胞中的大部分酶促反应都需要各种辅因子的参与,辅因子平衡对维持细胞内的生化反应稳态非常重要,辅因子供应不足会导致细胞生长和化合物生产的紊乱。近年来,辅因子在生化反应过程中的关键作用备受关注,但由于其价格较昂贵、稳定性差,因此限制了辅因子工程的发展。合成生物学和代谢工程的发展为辅因子的可持续供应提供了可行的解决方案,多种加强辅因子供应的策略有效地推动了目标化合物的生物合成。其中,烟酰胺类辅因子NAD(P)⁺、NAD(P)H是微生物代谢过程中最常见的氧化还原辅因子,它们在所有生物体内作为重要的电子受体或供体推动合成与分解代谢反应,对维持胞内氧化还原动态平衡起着决定性作用。从NAD(P)H的主要来源和NAD(P)⁺/NAD(P)H的平衡对天然产物生物合成中的影响出发,重点从三个不同维度讨论辅因子工程策略,综述代谢途径调节、外源氧化还原酶的引入、蛋白质工程等多种辅因子再生策略的最新研究进展及应用,展望辅因子代谢工程在生物合成中的未来发展方向。     

胞内氧化还原水平对嗜热厌氧乙醇菌 发酵代谢的影响

辅酶NADH/NAD+在细胞内氧化还原反应中起着重要的作用,是细胞生长和能量代谢必不可少的辅因子。调节微生物胞内NADH/NAD+的比率是定向改变微生物代谢,高效获得目标代谢产物的有效手段。嗜热厌氧乙醇菌(Thermoanaerobacter ethanolicus)是高温厌氧菌中乙醇产量较高的代表性菌株,本文利用不同氧化还原态的碳源改变T.ethanolicus的胞内NADH/NAD+含量和比例,进而研究了其对细胞生长、代谢产物分布的影响。以不同比例的葡萄糖/甘露醇作为混合碳源发酵,胞内氧化还原水平、细胞的生长特性、代谢产物都发生了不同程度的差异,以葡萄糖作为唯一碳源进行培养时,T.ethanolicus生长良好,乙醇产量为0.79g/L,但胞内NADH/NAD+比值和乙醇/乙酸的比值都比较低,分别为0.47和4.82;随着葡萄糖在混合碳源中比例的下降,NADH/NAD+比值增高,发酵产物中乙醇/乙酸比值也呈现上升的趋势。而以甘露醇作为唯一碳源时,发酵产物中乙醇浓度为0.389g/L,NADH/NAD+比值和乙醇/乙酸的比值分别为1.04和16.0。     

微生物NAD合成酶及其抑制剂的研究进展

NAD(P)生物代谢在能量代谢,维持氧化还原稳态以及调节细胞寿命等许多细胞进程中有重要作用。因此,NAD生物合成途径的关键酶的抑制剂就成为备受关注的候选新药,如NAD合成酶抑制剂。本文对微生物中的NAD合成酶的催化活性特征,晶体结构,调控因子以及基于晶体结构的抑制剂设计方面进行了综述,以期为基于NAD的治疗领域打开新的思路。     

SLC25A51——首次发现的哺乳动物细胞线粒体NAD+转运体

烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD⁺)及其还原形式NADH是糖酵解和线粒体呼吸作用中重要的辅因子,在能量代谢中发挥重要作用。当线粒体缺乏NAD⁺细胞因不能持续产生ATP而出现功能异常。以往研究发现酵母与植物的线粒体上均存在NAD+转运体,可以将NAD+转运至线粒体。但哺乳动物线粒体内膜上是否有NAD+转运体,一直存有争议。近来,美国宾夕法尼亚一研究团队首次证明SLC25A51可以在哺乳动物线粒体上发挥NAD+转运蛋白的功能。     

豌豆NAD激酶的提纯及活力测定

NAD激酶(ATP:NAD 2′-磷酸转移酶EC 2.7.1.23简称NADK)催化NAD磷酸化生成NADP,其活性随着酶的纯化而降低,其激活依赖于Ca~(2 )激活的钙调素(Calmod-ulin简称CaM),两者之间成剂量关系,因此,可用该酶定量CaM。活性CaM一般采用酶法[如环腺苷酸磷酸二酯酶(PDE)和红血球Ca~(2 )-ATP酶等]定量,但采用这类酶时,酶活性易受磷酯与脂     

质膜NAD(P)H氧化酶参予金瓜炭疽(Colletotrichum lagerarium)细胞壁激发子诱导人参细胞产生激发反应(英文)

在人参(Panax ginseng C.A.Meyer)悬浮细胞质膜上测出了NAD(P)H氧化酶活性。这类NAD(P)H氧化酶活性可以被金瓜炭疽细胞壁激发子(Cle)诱导。Cle处理还能诱导人参悬浮细胞的氧进发、促进人参悬浮细胞的皂苷合成、提高苯丙氨酸解氨酶(PAL)的活力、以及诱导查尔式酮酶(CHS)的累积和细胞壁上抗性相关蛋白基因脯氨酸富裕蛋白基因hrgp(Hydroxyprolin-rich glycoproleins)的表达。当用哺乳动物白细胞质膜NADPH氧化酶的特异性抑制剂二亚苯基碘(Diphenylene iodonium,DPI)与奎吖因(quinacrine)预处理人参悬浮细胞30 min 后,Cle诱导的H2O2释放与Cle激活的质膜NAD(P)H氧化酶活性被抑制,同时Cle诱导的PAL活性及CHS的积累下降,皂苷合成与hrgp的表达被抑制。由此推测:人参细胞质膜NAD(P)H氧化酶与哺乳动物白细胞质膜NADPH氧化酶有很大的相似性。在Cle激发人参悬浮细胞产生氧进发的过程中,NAD(P)H氧化酶活性被诱导从而导致H2O2的产生,H2O2作为第二信使,激活苯丙氨酸途径,诱发人参皂苷的合成及hrgp防御基因的表达。这一过程中还涉及到Ca2+内流,胞内Ca2+浓度的升高,蛋白磷酸化与去磷酸化。人参细胞质膜NAD(P)H氧化酶在人参细胞对Cle的反应过程中起一种介导作用。因此可能存在由Cle刺激,NAD(P)H氧化酶被诱导,H2O2释放,到人     

质膜NAD(P)H氧化酶参予金瓜炭疽(Colletotrichum lagerarium) 细胞壁激发子诱导人参细胞产生激发反应

在人参(Panax ginseng C.A.Meyer)悬浮细胞质膜上测出了NAD(P)H氧化酶活性.这类NAD(P)H氧化酶活性可以被金瓜炭疽细胞壁激发子(Cle)诱导.Cle处理还能诱导人参悬浮细胞的氧进发、促进人参悬浮细胞的皂苷合成、提高苯丙氨酸解氨酶(PAL)的活力、以及诱导查尔式酮酶(CHS)的累积和细胞壁上抗性相关蛋白基因脯氨酸富裕蛋白基因hrgp(Hydroxyprolin-rich glycoproteins)的表达.当用哺乳动物白细胞质膜NADPH氧化酶的特异性抑制剂二亚苯基碘(Diphenylene iodonium,DPI)与奎吖因(quinacrine)预处理人参悬浮细胞30min后,Cle诱导的H2O2释放与Cle激活的质膜NAD(P)H氧化酶活性被抑制,同时Cle诱导的PAL活性及CHS的积累下降,皂苷合成与hrgp的表达被抑制.由此推测:人参细胞质膜NAD(P)H氧化酶与哺乳动物白细胞质膜NADPH氧化酶有很大的相似性.在Cle激发人参悬浮细胞产生氧进发的过程中,NAD(P)H氧化酶活性被诱导从而导致H2O2的产生,H2O2作为第二信使,激活苯丙氨酸途径,诱发人参皂苷的合成及hrgp防御基因的表达.这一过程中还涉及到Ca2+内流,胞内Ca2+浓度的升高,蛋白磷酸化与去磷酸化.人参细胞质膜NAD(P)H氧化酶在人参细胞对Cle的反应过程中起一种介导作用.因此可能存在由Cle刺激,NAD(P)H氧化酶被诱导,H2O2释放,到人参细胞产生激发反应这样一个由外及内的级联反应.     

啤酒酵母复制衰老的分子机制

 复制衰老是啤酒酵母衰老形式之一,表现出芽痕累积、细胞体积变大、不对称分裂丧失、不育、核仁脆裂和代谢变化等特征.染色体外rDNA环累积是啤酒酵母复制衰老的重要原因,而组蛋白去乙酰化酶家族成员Sir2蛋白在调节染色体外rDNA环累积、啤酒酵母衰老和寿命方面起到核心作用.作为去乙酰化反应底物的NAD+正性调节Sir2组蛋白去乙酰化酶活性,NAD+代谢产物尼克酰胺对Sir2有负性调节作用,而有尼克酰胺参与的NAD+补救合成途径对于Sir2活性十分重要.目前,已经在人等动物细胞中发现参与这些调节过程的相关蛋白的同源基因,在功能上也表现出一定的相似性.啤酒酵母的衰老机制研究将为人体衰老的认识提供重要线索.     

辅因子再生研究进展

许多有价值的酶催化反应都需要辅因子的参与。因为辅因子价格昂贵,所以,在酶催化工业应用中,需要实现辅因子原位再生。经过几十年研究,出现了酶法、化学法、电化学法、光化学法和基因工程法等手段实现烟酰胺类辅因子（NAD（P）H）、ATP、糖核苷酸等辅因子再生。对辅因子再生研究中取得的进展以及存在的问题进行讨论。     

烟酰胺腺嘌呤二核苷酸合成相关酶有助于1,4-丁二醇转化为4-羟基丁酸

4-羟基丁酸(4-HB)不仅具有医学应用价值,而且是合成生物材料P3HB4HB的重要前体.在烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD)参与情况下,大肠杆菌Escherichia coli S17-1(pZL-dhaT-aldD)可以把1,4-丁二醇(1,4-BD)转化为4HB.为提高4HB产率,通过过表达烟酸磷酸核糖转移酶(PncB)和烟酰胺腺嘌呤二核苷酸合成酶(NadE)增加胞内NAD含量,从而加速1,4-BD转化反应的进行.结果表明,PncB-NadE的表达使1,4-BD转化率比对照组增加13.03％,由10g/L的1,4-BD得到4.87 g/L的4HB,单位细胞的4HB产量由1.32 g/g提高40.91％至1.86 g/g.因此PncB和NadE可用于促进1,4-BD转化为4HB.     

梅毒螺旋体的营养物质转运及能量合成相关代谢机制研究

梅毒螺旋体(Treponemapallidum,Tp)是严重危害人类健康的性传播疾病梅毒的病原体,目前仍难以实现体外人工培养.Tp在感染期间是如何获得足够的能量来完成其复杂的致病过程迄今不明.本文就Tp的葡萄糖转运、糖酵解途径、丙酮酸去路以及NAD+再生的研究进展做一综述,旨在为探索Tp尚未明了的生理代谢机能、突破Tp...     

酿酒酵母中NAD激酶同功酶对偶数位不饱和脂肪酸β-氧化的影响

ATP-NAD激酶利用ATP,催化NAD磷酸化,生成NADP,而ATP-NADH激酶则催化NAD和NADH发生磷酸化。酿酒酵母细胞内存在三种NAD激酶同功酶Utr1p、Pos5p和Yef1p,它们都是ATP-NADH激酶,对细胞内NADP(H)的供应起到重要作用。酵母偶数位双键不饱和脂肪酸的β-氧化依赖于过氧化物酶体基质内的NADPH。通过构建NAD激酶基因的单、双基因缺失株,并验证它们和对照菌株对不饱和脂肪酸的氧化、利用能力,证实NAD激酶同功酶,尤其是Pos5p,对过氧化物酶体基质内NADP(H)的供应起着重要作用,并推测NADP可以从过氧化物酶体膜外转运至过氧化物酶体基质内。     

低温冷藏提高家蚕滞育卵NAD含量和胞质苹果酸脱氢酶活性

为了调查5℃低温处理是否改变家蚕Bombyx mori卵滞育NAD代谢, 本研究利用HPLC和分光光度法测定了经25℃和5℃分别处理的滞育卵中NADH 含量、 NAD⁺含量、 乳酸脱氢酶（LDH）活性和胞质苹果酸脱氢酶（cMDH）活性。结果表明： 5℃处理的NAD（NADH + NAD⁺）含量和cMDH活性分别增加了106%和53%, 并且显著高于25℃处理（P< 0.01）; 但是两种处理的NADH/NAD⁺比值和LDH活性没有显著差异（P> 0.05）。据此推测, 5℃低温处理加强了家蚕滞育卵NAD⁺合成和再生能力。     

非吞噬细胞NAD(P)H氧化酶生成的活性氧参与基因表达和信号转导

以前认为,NAD(P)H氧化酶仅存在于吞噬细胞,负责吞噬细胞呼吸爆发时产生活性氧(ROS)以杀灭微生物。现在发现正常非吞噬细胞也有NAD(P)H氧化酶,称之为类NAD(P)H氧化酶。该酶在生长因子和细胞因子的刺激下,介导非吞噬细胞产生胞内或胞外的ROS,通过此途径产生的ROS对细胞增殖、分化和血管形成和缺氧反应等生理过程至关重要。这些新的发现。有力地证明了ROS作为细胞“信号分子”和“基因表达开关”的积极作用,改变了过去只把ROS看作有害物的误解。     

NAD/NADP及其介导氧化应激在神经退行性疾病中的作用

神经退行性疾病如阿尔茨海默病、帕金森病、亨廷顿病等疾病的发生与氧化应激紧密相关。NAD和NADP是维持氧化系统和抗氧化系统平衡的两个关键物质。NAD和NADP的生物合成和降解有多种途径,参与其生物途径的物质如NAMPT、NADK、PARP1、SIRT1、CD38等,均报道在神经退行性疾病发挥一定的作用。因此,本文分别从NAD和NADP的合成和降解途径中的一些关键物质出发,结合氧化应激总结并探讨它们在神经退行性疾病的作用,以期为临床治疗神经退行性疾病提供新思路。     

关键酶基因转录水平对重组大肠杆菌合成NAD+的影响

【目的】烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(nicotinamide adenine dinucleotide)是生物体内一种重要的辅因子,其细胞内含量对于NAD⁺依赖型氧化还原反应和有关生化合成代谢具有重要意义。为强化辅因子合成,本文通过不同诱导条件下关键酶基因转录水平与产物合成水平的相关性分析,利用增加正向关键酶基因拷贝数策略提高胞内氧化型辅酶NAD+的浓度。【方法】以实验室前期构建的大肠杆菌NA016为出发菌株,分别从诱导温度、诱导剂浓度、诱导时机三个方面进行了诱导条件的优化,并利用实时荧光定量PCR(RT-qPCR)技术对代谢改造中的有关过表达基因进行了转录水平分析,确定了NAD+~含量与这些过表达基因转录水平之间的相关性,增加对NAD⁺合成代谢具有正向作用的基因拷贝数以进一步提高胞内NAD+水平。【结果】通过诱导条件优化实验确定菌株NA016的最适诱导温度,在诱导时机为OD600达到0.6时加入0.8mmol/L的IPTG可使胞内NAD+含量提高35.37%;转录水平方面分析发现基因nadE和pncB的表达对NAD+的合成具有正向调节作用。进一步...     

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。