假单胞菌单加氧酶基因的克隆表达及其在手性亚砜生物催化合成中的活性分析

单加氧酶催化的硫醚底物不对称氧化反应是手性亚砜类药物绿色合成的新途径之一,而寻求高催化效率和高底物耐受性的硫醚单加氧酶仍是其难点和瓶颈。本研究从前期获得的能高效合成手性亚砜化合物的菌株中筛选和克隆了2个单加氧酶基因,构建相应的表达载体并诱导表达重组蛋白,最后以苯甲硫醚为底物来初步探讨重组蛋白在生物催化合成苯甲亚砜中的活性。结果显示,成功构建了2个基因的表达载体并获得了大量的可溶性重组蛋白。而且,这2个重组蛋白均表现出了一定的生物催化活性,能将少量的苯甲硫醚底物转化为苯甲亚砜产物。本研究为将来进一步利用重组酶蛋白生物催化合成手性亚砜类化合物打下了一定的基础。     

假单胞菌甲苯双加氧酶在手性亚砜合成中的活性分析

[目的]从蒙氏假单胞菌CCTCC M2013683中克隆出甲苯双加氧酶基因,通过基因克隆与重组表达,获得重组酶,初步探讨其在手性亚砜合成中的活性。[方法]利用基因克隆技术获得甲苯双加氧酶基因的重组质粒,通过热激法转化到大肠杆菌BL21(DE3)中,用IPTG进行可溶性蛋白的诱导表达,用SDS-PAGE凝胶电泳检测可溶性蛋白的表达情况。将表达有重组蛋白的整细胞作为催化剂,催化氧化苯甲硫醚,用气相色谱检测苯甲亚砜的产率。[结果]基因tod-c1和基因tod-c2成功地连接在了p ETDUET-1载体上,重组表达菌株表达出了大量可溶性蛋白(Tod-C1/C2)。甲苯双加氧酶催化氧化2 mmol/L苯甲硫醚底物,最终得到了产率为0.6%的苯甲亚砜。[结论]获得了甲苯双加氧酶重组蛋白,并应用该蛋白催化获得了产率为0.6%的苯甲亚砜。     

利用微生物重组技术促进羰基不对称还原研究进展

手性醇是许多手性药物合成的关键手性砌块,利用微生物细胞催化相应前手性羰基化合物不对称还原,是合成手性醇的重要方法之一。但应用野生微生物催化时,反应的时空产率、立体选择性较低。详细介绍了利用微生物重组技术以促进前手性羰基化合物不对称还原反应合成手性醇的国内外研究进展。从酶的种类、表达系统以及辅酶再生系统3个方面对重组细胞催化反应体系的构建进行了概述。同时按照反应底物的类型,对重组微生物在催化不同类型羰基化合物不对称还原合成手性醇中的应用分别进行了归纳和介绍。     

CYP116B家族单加氧酶的发现、表征及分子改造研究进展

CYP116B家族单加氧酶属于细胞色素P450单加氧酶的第IV家族,能够催化包括羟化、硫醚氧化、O-脱烷基、N-脱烷基和环氧化等在内的多种类型反应,具有广阔的应用前景。近年来,多个CYP116B家族成员酶的发现、分子改造及底物谱拓展使人们对它的酶学性质有了更为深入的理解,为开发新型具有工业应用潜力的CYP116B家族成员酶提供了研究基础。本文中,笔者主要从CYP116B家族单加氧酶的发现、表征、分子改造及结构功能关系等方面综述CYP116B在生物催化领域的研究进展。     

HCV丝氨酸蛋白酶小分子底物构建及GST融合表达

丝氨酸蛋白酶是丙型肝炎病毒重要的功能蛋白和药物作用靶点,其通过分子内（cis）和分子间（trans）方式催化水解前体蛋白,释放病毒功能蛋白。目的：为深入研究病毒蛋白酶活性和抑制剂鉴定需要,实验研究参照丙型肝炎病毒1a亚型菌株蛋白酶天然底物的氨基酸序列特点,设计了一段包含两个天然底物酶切位点的小分子多肽2S,并进行了原核表达。方法：利用PCR方法,合成2S小分子多肽基因,目的基因两端引入BamH I和EcoR I两个限制性酶切位点,双酶切后将基因与表达载体pGEX-4T-2重组,转化大肠杆菌DH5α,经化学诱导进行GST融合蛋白表达,通过亲和层析柱纯化目的蛋白。纯化的GST 2S融合蛋白在体外反应系统进行酶切鉴定,SDS-PAGE和ELISA鉴定酶切结果。结果：PCR合成的小分子底物多肽2S基因,经与表达载体重组后测序,证实基因序列正确。采用0.5mmol/L浓度的IPTG诱导工程菌过夜,获得表达的目的蛋白,经分离纯化得到融合蛋白GST-2S。GST-2S在体外磷酸盐缓冲系统中与丝氨酸蛋白酶反应,15%SDS-PAGE鉴定酶切产物,证实融合蛋白底物条带明显消失,ELISA结果同样说明融合蛋白的底物活性。结论：含有两个天然底物酶切位点的小分子多肽可以替代病毒天然底物,实验结果为丙型肝炎病毒丝氨酸蛋白酶活性研究和酶抑制剂研究奠定了方法学基础。     

生物分子机器——甲烷单加氧酶的研究进展

甲烷氧化菌中的甲烷单加氧酶能够在生理条件下选择性地以甲烷和氧气为底物生成甲醇,麻省理工学院的Lippard教授称它为"神奇的生物分子机器"。本文重点对生物分子机器甲烷单加氧酶的结构、编码基因及调控机制、催化反应机理等进行了综述,此外也简要介绍了甲烷单加氧酶的产生菌甲烷氧化菌的研究历史及分类。生物分子机器甲烷单加氧酶可催化甲烷氧化成甲醇,不仅为甲醇的生产提供了一种新颖的生产方法,而且对生物分子机器的设计也有借鉴意义。     

木薯α-羟腈酶的克隆、表达及其初步应用

木薯α-羟腈酶是一种催化羟腈化合物分解和合成的裂解酶,它在不对称合成手性羟腈化合物和手性药物等方面具有广泛的应用前景。通过RT-PCR从木薯叶组织总RNA中扩增出α-羟腈酶基因的cDNA序列,并将其克隆于质粒pPIC9K。序列分析表明,克隆的基因和文献报道的3个木薯羟腈酶的cDNA序列不完全一致,可能是木薯羟腈酶基因家族的新成员。通过一系列步骤,将获得的α-羟腈酶基因cDNA序列插入表达载体pET30a,在大肠杆菌获得高效表达。每升发酵液获得2100单位的羟腈酶,粗酶液的比活为8.5u/mg蛋白质,并首次利用热变性法纯化重组羟腈酶。重组羟腈酶催化合成的(S)扁桃腈的ee值达95.2%,转化率为98.2%。     

酵母来源α-1,2甘露糖转移酶Alg11的异源表达、纯化和活性分析

糖基转移酶Alg11作为N-糖基化途径中一个重要蛋白,功能为催化将甘露糖转移到底物DPGn_2M_3(Dolichyl-pyrophosphate-Glc NAc_2Mannose_3)上进而生成DPGn_2M_4和DPGn_2M_5这两种多萜醇寡糖前体的反应。在本研究中,首先通过对酿酒酵母Alg11的蛋白质结构进行分析,设计了去除跨膜域的蛋白Alg11_(45-548)并成功在大肠杆菌中表达,进而对诱导时间、诱导剂浓度进行了产量最大化的优化,最终得到了纯化蛋白。以PPGn_2(Phytanyl-pyrophosphate-Glc NAc_2)为底物,利用体外表达的重组蛋白Alg1ΔTM和Trx-Alg2以酶法合成出Alg11的天然底物类似物PPGn_2M_3。用纯化的Alg11_(45-548)蛋白催化转糖基反应,并通过液质联用(LC-MS)的方法检测产物,证实Alg11_(45-548)蛋白具有催化PPGn_2M_3生成PPGn_2M_4和PPGn_2M_5的糖基转移酶活性。产物PPGn_2M_5通过不同的甘露糖苷酶酶切反应,验证了两个新加上的甘露糖以α-1,2糖苷键的形式连接到底物PPGn_2M_3上。底物特异性实验表明Alg11_(45-548)可以特异性识别底物PPGn_2M_3,而其他N-糖基化中间体类似物如PPGn_2和PPGn_2M_1无法被识别,且底物中的脂肪链结构也对酶的识别具有重要作用。Alg11的底物特异性保证了多萜醇寡糖前体的有序合成,具有重要的生理意义。     

高通量测序解析大青叶有效成分的生物合成途径

中药大青叶是菘蓝的干燥叶片,主要活性物质为吲哚类化合物,包括靛蓝、靛玉红、色胺酮等,以上吲哚类化合物的生物合成起始于色氨酸途径,目前在植物中的合成机制还未完全阐明.本研究以成熟菘蓝叶片为研究对象,对茉莉酸甲酯诱导的叶片进行了转录组分析,对已知途径进行了转录组注释,并对未解析途径进行了预测分析.分别获得了色氨酸代谢途径中色氨酸、吲哚乙酸、吲哚苷和萜类吲哚生物碱合成几个代谢支路中16个催化步骤的38个编码基因.通过共表达网络分析,预测转录因子bHLH125可能对吲哚途径具有核心调控作用;CYP2A6-1和CYP735A2等蛋白可能催化生成靛蓝、靛玉红、色胺酮前体的羟基化反应,对这两个蛋白与底物分子的结合进行分子对接建模,均显示对吲哚分子具有较好的结合力.本研究为后续开展菘蓝代谢调控和育种,以及开展吲哚类物质合成生物学研究提供候选基因.     

S-扁桃酸脱氢酶基因的克隆及表达

S-扁桃酸脱氢酶能够选择性催化S-扁桃酸生成苯甲酰甲酸。通过PCR扩增获得Pseudomonas p utida NUST的S-扁桃酸脱氢酶全长基因(mdlA),并构建了表达载体pET30a(+)-mdlA,转化大肠杆菌E.coli BL21(DE3)后,经异丙基-β-D-硫代吡喃半乳糖苷(IPTG)诱导获得表达,SDS-PAGE结果显示表达蛋白为43kDa。所以工程菌细胞具有转化S-扁桃酸生成苯甲酰甲酸能力。     

羰基还原酶及其催化不对称合成大基团手性羟基类化合物的研究进展

手性羟基化合物以其独特的光、热和化学性质广泛应用于医药、农药、精细化工、功能材料等行业.立体专一性羰基还原酶能够直接针对关键手性位点催化不对称还原潜手性底物获得目的手性产物.基于羰基还原酶的底物多样性,具有不同化学结构和功能的醇类、酯类、氨基酸、环氧化合物等重要手性中间体能够通过不对称还原途径实现单一光学活性对映体的高效制备.然而,针对具有应用价值的含有大基团、结构复杂的潜手性羰基化合物,已知的羰基还原酶通常催化活性较低.本文综述了生物催化不对称氧化还原反应的特点和规律及其关键立体选择性羰基还原酶的性质和结构特征,并在此基础上,重点针对大基团手性羟基化合物的不对称合成,总结了羰基还原酶及其催化系统开发和应用的研究进展,并进一步提出解决该关键问题的主要发展策略.     

pmMsrA的生物信息学及底物对接分析

[目的]预测假单胞菌甲硫氨酸亚砜还原酶A(缩写:pmMsrA)的结构中与催化活性相关的结合位点与活性基团。[方法]采用生物信息分析软件对筛选出的pmMsrA的基因和蛋白序列进行分析,用SWISS-MODEL软件构建pmMsrA蛋白的三维结构,使用Auto Dock软件实现pmMsrA与底物分子的模拟对接。[结果]pmMsrA的基因开放阅读框669bp,编码222个氨基酸,理论等电点为4.87,分子量为24.6 kDa。pmMsrA属于高度保守的甲硫氨酸亚砜还原酶(PMSR)超家族。多重序列比对得出pmMsrA和模板1FVA具有58%的相似性,可构建一个高质量的pmMsrA蛋白三维结构模型。pmMsrA蛋白的催化活性位点位于"GCFWG"模体结构的Cys-60,C-末端的Cys-206和Cys-214对pmMsrA的再生循环起重要的作用。分子对接结果显示底物与酶的可能结合位点是136位天冬酰胺(136N),137位天冬氨酸(137D)和204位酪氨酸(204Y)。[结论]获得pmMsrA的生物信息相关预测参数,成功构建pmMsrA的三维结构,并实现与底物S-苯甲亚砜的空间模拟对接。     

P450酶系中高效电子传递链的构建及应用

细胞色素P450作为单加氧酶的主要成员,能够在多种化合物中引入氧分子,催化包括羟化在内的多种反应。在级联的氧化还原反应中,需特定的电子传递链将氧原子中的电子传递至P450单加氧酶的亚铁红素结构中,并最终催化底物氧化,而电子传递体系的低效性往往成为整个反应的限速步骤。本文在介绍P450单加氧酶电子传递链基本结构的基础上,着重阐述对于细胞色素P450酶系中电子传递链未知或者内源性电子传递效率较低的情况下,利用DNA重组技术构建高效的电子传递链从而提高P450单加氧酶的催化效率相关研究进展,主要从细菌及真核细胞线粒体电子传递链(ClassⅠ)及真核生物细胞色素C还原酶CPR(ClassⅡ),天然融合电子传递链及人工融合蛋白电子传递链的构建及其应用展开。     

大鼠α-酰胺化酶(α-AE)在大肠杆菌中的表达、纯化及活性研究

α-酰胺化是神经和内分泌系统中许多生物活性肽重要的翻译后加工过程,C末端α酰胺基团的存在对于许多生物活性肽的生物活性极为重要。本研究通过PCR扩增获得了编码大鼠α-酰胺化酶的基因,以pET-30a为载体,重组质粒pET-A转化至 E.coli BL21成功表达了α-酰胺化酶。采用Ni2+-NTA亲和层析纯化重组蛋白。该蛋白具有催化三肽底物((Dns-Tyr-Val-Gly)成为酰胺化二肽 (Dns-Tyr-Val-NH2)的酶活性,这表明重组蛋白是α-酰胺化酶,有可能用于生物活性肽的酰胺化研究。     

不吸水链霉菌ZB01 cyp107z基因的克隆及原核表达纯化

【目的】克隆不吸水链霉菌ZB01中的cyp107z基因,在E.coli中异源表达纯化,测定重组酶蛋白的酶动力学参数,为该基因的进一步研究奠定基础。【方法】根据cyp基因保守区序列设计引物,扩增不吸水链霉菌ZB01基因组中cyp107z基因的部分序列,通过染色体步移技术获取全长基因。利用pET28a表达载体构建该基因原核表达载体并于E.coli中诱导表达,以Ni-NTA亲和层析纯化表达出的重组蛋白。以阿维菌素为底物,构建重组蛋白体外催化体系,通过测定体系中NADPH的消耗,计算重组蛋白催化阿维菌素反应的酶动力学参数。【结果】从不吸水链霉菌ZB01基因组扩增出一条cyp107z基因同源基因,全长1290 bp,编码429个氨基酸残基,命名为cyp107z13,在E.coli中诱导表达了该重组酶蛋白,纯化后的重组酶蛋白催化阿维菌素的Km值为1.4μmol/L,Vmax为0.041μmol/min.mg,kcat为0.033 s-1。【结论】从不吸水链霉菌ZB01中克隆到cyp107z13基因,异源表达的CYP107Z13重组蛋白能够催化以阿维菌素为底物的氧化反应。     

非核糖体肽Skyllamycin B生物合成中Ⅰ型硫酯酶底物杂泛性的初步研究

【背景】Skyllamycins是一类从链霉菌中发现的具有血小板生长因子抑制和生物膜抑制作用的非核糖体肽类,其环肽环合反应是由非核糖体肽合成酶中的硫酯酶功能域催化完成。【目的】克隆和表达Skyllamycin非核糖体肽合成酶最后一个模块中的硫酯酶(Skyxy-TE)基因,合成Skyxy-TE底物类似物,通过体外催化实验表征Skyxy-TE的底物杂泛性。【方法】采用Ligation Independent Cloning(LIC)方法,从一株含有Skyllamycin B生物合成基因簇的链霉菌Streptomycessp.PKU-MA01239中克隆和表达skyxy-TE,通过镍离子柱亲和层析纯化Skyxy-TE。运用固相多肽合成法合成2个底物类似物1和2,进行Skyxy-TE的体外催化实验。【结果】通过对Skyxy-TE的表达纯化,获得了纯度较好的可溶性蛋白;通过固相多肽合成,得到了能够模拟Skyllamycin B底物类似物的化合物1和2,硫酯酶蛋白体外催化化合物1和2得到了化合物3和4,化合物3和4通过核磁共振和高分辨质谱确认为环肽。【结论】Skyllamycin B生物合成中Skyxy-TE表现出一定的底物杂泛性,可以识别底物类似物催化环化反应,该研究为将来利用化学-酶联法制备更多环肽类似物提供了依据。     

6-羟基-3-琥珀酰吡啶单加氧酶HspB的结构研究

在蛋白晶体结构难以获得的情况下,通过设计突变体来获取6-羟基-3-琥珀酰吡啶单加氧酶Hsp B的结构信息。首先获取Hsp B蛋白的同源序列并进行比对,之后对Hsp B蛋白进行同源建模和从头建模,并与底物2,5-二羟基吡啶(HSP)进行对接模拟;通过分子模拟、序列比对和参考同源蛋白晶体三种方式,设计并构建Hsp B酶的25个突变体;通过突变体的表达纯化和酶动力学常数测定来研究Hsp B的结构性质。根据实验结果,推测FAD的正确结合在稳定Hsp B蛋白结构中具有重要的作用,同时推测底物HSP和辅酶NADH处于同一活性中心并与不同位点相互作用。吡啶衍生物是极具工业价值的化合物,生物催化法是合成吡啶衍生物的有效途径,而吡啶衍生物的生物催化研究较少,通过考察突变体的性质,推测了Hsp B的部分结构信息,为此类吡啶单加氧酶的工业改造和应用奠定了基础。     

生物催化不对称还原制备氟代手性醇

由于氟原子的特殊性质，化合物中引入氟原子可显著改变其物理化学性质。因此，氟原子在药物中的应用越来越广。此外，80%药物分子结构属于手性分子。其中，氟代手性醇常见于手性药物结构中，该类结构的合成方法研究具有重要的意义。不对称还原含氟酮是合成此结构的常见方法。与化学还原方法相比，生物催化还原具有对映选择性强、产率高和易于分离纯化等优点。生物催化，特别是酶催化还原含氟酮类化合物成为手性药物合成领域的研究热点。本文从纯化酶催化和全细胞催化两个方面，综述了近年来含氟酮生物催化还原合成氟代手性醇的研究进展，并分析总结了氟代对酮生物催化还原的影响，最后对生物催化还原法未来的发展进行了展望。     

一种来源于Burkholderia phytofirmans PsJN的ω-转氨酶的表达纯化及性质分析

ω-转氨酶(ω-transaminase)可以通过手性拆分和不对称合成的催化反应来获得光学纯的手性胺类化合物和非天然氨基酸,在医药中间体合成中是一种重要的生物催化剂。采用基因挖掘技术,在基因组数据库中获得一个来自伯克氏菌Burkholderia phytofirmans Ps JN的ω-转氨酶基因(hbp),将该基因在大肠杆菌BL21(DE3)中克隆、表达,利用镍柱亲和层析将该酶(HBP)进行纯化并研究了其酶学性质和底物谱。结果表明,以β-苯丙氨酸(β-Phe)为氨基供体、丙酮酸为氨基受体,HBP具有较高的活力(33.80 U/mg)和立体选择性;其最适温度为40℃左右,最适p H在8.0–8.5之间。研究过程中,建立了一种简便快捷的紫外吸收法来检测β-Phe的脱氨反应,证明了该反应的热力学平衡性质。底物谱研究表明HBP可以以β-Phe及其衍生物为氨基供体。结果表明HBP能够有效地手性拆分rac-β-Phe及其衍生物,转化率在50%左右,ee99%。     

菊糖蔗糖酶的性质鉴定及菊糖的酶法合成

菊糖作为益生元和膳食纤维,具有许多重要的生理功能,广泛应用于食品、医药等领域.微生物菊糖蔗糖酶可以以蔗糖为底物合成较植物菊糖具有更高分子量的菊糖.文中通过基因数据库筛选获得一段拟表达菊糖蔗糖酶的基因.通过N-端和C-端截断的方式,保留中间催化域,构建重组质粒.将重组质粒在大肠杆菌表达系统中表达,粗酶液经Ni2+亲和层析...