L-脯氨酸-4-羟化酶的异源表达和合成反式-4-羟基-L-脯氨酸的条件优化

L-脯氨酸-4-羟化酶(L-Proline-4-hydroxylase,P4H)是依赖α-酮戊二酸(α-KG)和Fe2+的双加氧酶成员之一,在反式-4-羟基-L-脯氨酸(trans-4-hydroxy-L-proline,t-4Hyp)等重要手性化合物的生物合成中发挥关键作用。本研究构建了来源于Bradyrhizobium japonicum USDA 6的P4H重组大肠杆菌Escherichia coli BL21(DE3)/p ET-28b-p4h BJ,SDS-PAGE和酶活检测结果表明,该菌株具有表达可溶性P4H和催化合成t-4Hyp的能力。通过优化,确定了该重组菌全细胞催化合成t-4Hyp较优的反应体系和条件:10 m L p H 6.5 80 mmol/LMES缓冲液、9 mmol/L L-Pro,6 mmol/L L-抗坏血酸,6 mmol/Lα-KG,0.8 mmol/L Fe SO4·7H2O,反应温度为35℃;在20 g/L湿细胞的催化反应中,t-4Hyp的合成量达到34.86 mg/L,比优化前(17.53 mg/L)提高了98.86%。该工作为进一步利用P4H生物催化法合成t-4Hyp奠定了一定的技术基础。     

α-酮戊二酸依赖型双加氧酶催化特性及反应耦联辅因子对其催化羟基化反应的影响

【目的】以重组大肠杆菌表达的枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)L-异亮氨酸双加氧酶(L-isoleucine dioxygenase,IDO)为研究对象,考察其催化L-异亮氨酸(L-Ile)羟基化反应的影响因素,构建IDO催化合成羟基氨基酸的反应体系。【方法】通过Ni-NTA亲和层析法从重组大肠杆菌(Escherichia coli)BL21/p ET28a-ido中纯化获得重组IDO,以L-Ile为底物,考察重组IDO催化羟基化反应的影响因素,并进一步针对耦联反应优化α-酮戊二酸(α-KG)在重组IDO酶促转化体系中的添加浓度。【结果】基于重组IDO催化L-Ile羟基化的活性测定,计算该酶Km为0.247 mmol/L,kcat为1.260 s-1,kcat/Km为5.101 L/(mmol·s),与其他同源酶动力学参数比较分析表明,重组IDO的底物亲和性及催化效率较高。重组IDO催化反应的最适温度为20°C、最适p H为7.0;在35°C以下较为稳定;反应体系中Fe2+最适浓度为1 mmol/L。重组IDO可催化不同L-氨基酸反应,对L-异亮氨酸、L-正亮氨酸、L-甲硫氨酸的活性较高。通过优化α-KG浓度,反应体系中添加30 mmol/Lα-KG时,可将底物浓度提高至70 mmol/L,产物4-羟基异亮氨酸(4-HIL)的摩尔产率达66.20%,表明α-KG作为反应耦联辅因子,其浓度对重组IDO催化L-Ile羟基化具有显著影响。【结论】重组IDO的底物亲和性、催化效率、最适催化条件、稳定性等基本性质有利于催化L-Ile羟基化反应。在其催化反应体系中,α-KG作为反应耦联辅因子,对酶促转化效果影响显著。研究结果为4-HIL及其他羟基氨基酸的酶促转化提供了研究基础。     

苏氨酸醛缩酶的研究进展

苏氨酸醛缩酶(TAs)以磷酸吡哆醛为辅酶,催化不同的醛与α-氨基酸发生醇醛缩合反应,形成具有2个手性中心的β-羟基-α-氨基酸。TAs在不对称催化过程中可以控制产物α-碳位的立体构型,而对β-碳位的立体构型控制相对较弱。增强TAs在β-碳位的立体选择性是近年来研究TAs不对称催化的热点。本文重点阐述了TAs的结构与作用机制、定向进化,以及在生物催化合成中的应用,对TAs的研究与开发进行了展望。     

电子传递链的适配提高孕酮17α羟基化生物催化效率

17α羟化酶是转化孕酮制备各种孕激素药物中间体的关键酶。为提高该酶在生物催化中的特异性羟基化能力,本研究将来源于纤维素黏性细菌(Sorangiumcellulosum)Soce56的羟化酶CYP260A1与大肠杆菌(Escherichia coli) K-12来源的Fpr和牛肾上腺来源的Adx4-108组建成新的电子传递系统,用于孕酮的生物转化。通过对CYP260A1进行选择性突变,获得17α羟化酶活性显著提高的突变体S276I,经体外催化体系的优化设计,使17α-OH孕酮的产率达到58%。此外,利用定点突变技术探究铁氧还蛋白Adx4-108的模拟磷酸化对17α羟化酶活性的影响,结果显示,突变体Adx4-108T69E向S276I传递电子,进一步增强了对孕酮C17位的特异性,17α-OH孕酮的产率最终提高到74%。本研究为细菌来源的17α羟化酶特异性转化生产17α-OH孕酮提供了新的方案,为孕激素类药物在工业上利用生物转化法生产奠定了理论基础。     

两种新型L-苏氨酸醛缩酶的鉴定及活性检测方法

为了实现重要医药中间体β-羟基-α-氨基酸的生物酶法合成,挖掘验证新型的L-苏氨酸醛缩酶。以pET-28a(+)作为表达载体,通过蛋白表达纯化、薄层层析色谱(TLC)和高效液相色谱(HPLC)技术分析L-苏氨酸醛缩酶及其催化产物的性质。基于4-氨基-3-肼基-5-巯基-1,2,4-三氮唑(Purpald)显色试剂开发检测醛缩酶的新方法。Streptomyces coelicolor SCO1844(天蓝色链霉菌,S.coelicolor SCO1844)和Streptomyces xinghaiensis SFR7A(星海链霉菌,S.xinghaiensis SFR7A)来源的醛缩酶被证明能够成功地合成β-羟基-α-氨基酸,且均为L-苏氨酸醛缩酶,实现了以苯甲醛和甘氨酸为底物合成l-threo/erythron-苯基丝氨酸的醇醛缩合反应。开发的可视化活性检测方法可以实现醛缩酶的快速鉴定和高通量筛选。两种新型L-苏氨酸醛缩酶的鉴定以及活性检测方法的开发,不仅丰富了生物法合成β-羟基-α-氨基酸的酶库,也为下一步对L-苏氨酸醛缩酶进行分子改造提高其催化活性和选择性奠定了研究基础。     

苏氨酸醛缩酶的结构与功能及其在药物合成中的应用

β-羟基-α-氨基酸(β-hydroxy-α-amnio acids,HAAs)是一类广泛应用于制药工业的重要手性中间体。由于其含有双手性中心(C_α和C_β),探索其严格立体选择性的生物合成方法备受关注。苏氨酸醛缩酶(threonine aldolase,TA)可在温和条件下催化不同类型的醛与氨基酸缩合构筑丰富的HAAs产物库,显示了工业应用潜力。由于目前表征的TA普遍存在对C_β立体选择性不严格、活性较低以及催化机制不清晰等问题,为其在HAAs合成中的应用带来了挑战。本文综述了TA在新酶挖掘、结构与催化机理解析、蛋白质工程以及合成应用等方面的研究进展,为推动酶催化绿色、高效合成手性药物提供参考。     

苏云金芽孢杆菌重组L-异亮氨酸羟化酶的酶学性质及其在4-羟基异亮氨酸合成中的应用

【目的】克隆并表达来源于苏云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiensis)TCCC 11826的L-异亮氨酸羟化酶(L-isoleucine-4-hydroxylase,IDO),测定重组IDO酶学特性并构建用于4-羟基异亮氨酸(4-Hydroxyisoleucine,4-HIL)微生物转化的重组菌株,以考察该酶在4-HIL合成中的潜在应用价值。【方法】以B.thuringiensis TCCC 11826基因组为模板PCR扩增ido基因并构建该基因过表达菌株BL-IDO;采用Ni-NTA亲和层析法分离纯化重组IDO后检测其酶学特性;构建重组株菌W3110-IDO进行4-HIL的微生物转化。【结果】克隆B.thuringiensis TCCC 11826的ido基因,测序结果显示该基因含723个核苷酸,编码240个氨基酸,与已报道的B.thuringiensis 2-e-2的ido基因相似度分别为97.47%和97.91%。此IDO含有His1-X-Asp/Glu-Xn-His2基序,属于Fe2+和α-酮戊二酸依赖型羟化酶家族;酶学实验表明该酶能够特异性地催化L-异亮氨酸生成(2S,3R,4S)-4-HIL,其Km和Vm ax分别为0.18 mmol/L和2.10μmol/min/mg,最适反应温度和pH分别为35℃和7.0,该酶于35℃条件下放置5 h后仍具有85.1%的活性;在Escherichia coli W3110中过表达重组IDO,在未经优化条件下4-HIL最高转化率达89.28%。【结论】获得IDO编码基因序列(Accession No.KC884243)并首次较为系统地研究了其酶学特性,该酶反应条件温和且具有较高的活性及稳定性,在酶法或微生物转化法合成4-HIL中有较广泛的应用价值。本研究可为4-HIL及其它氨基酸衍生物的生物制造技术奠定理论基础。     

南方红豆杉紫杉烷13α-羟化酶基因的克隆及序列分析

目的:紫杉烷13α-羟化酶是紫杉醇下游合成途径关键酶之一,负责催化紫杉二烯-5α-醇的C13侧链发生羟基化反应生成紫杉二烯-5α、13α-二醇.该研究从南方红豆杉中克隆出紫杉烷13α-羟化酶基因并对其序列进行生物信息学分析.方法:利用南方红豆杉的总DNA和总RNA为模板,采用PCR和RT-PCR技术克隆出紫杉烷13α-羟化酶基因的DNA序列和cDNA序列,利用swiss-prot、DNAMAN等生物信息学工具对其核酸序列和蛋白序列进行分析.结果:测序结果显示其cDNA序列长度为1 651bp,含有一个1 458bp的开放阅读框,同源性比较分析结果表明,其氨基酸序列与已经报道的蔓地亚红豆杉的紫杉烷13α-羟化酶氨基酸序列的一致性为96%.结论:成功克隆出南方红豆杉紫杉烷13α-羟化酶基因,为利用合成生物学工程技术生产紫杉醇或其前体物质提供了分子基础.     

苏氨酸醛缩酶的催化机理、分子改造及合成应用

苏氨酸醛缩酶催化醛和甘氨酸羟醛缩合,一步反应即可构建产物β-羟基-α-氨基酸的两个手性中心,从原子经济性和环境影响角度,是非常具有潜力的绿色合成光学纯β-羟基-α-氨基酸的方式之一。多个不同生物来源的苏氨酸醛缩酶得到分离和表征,较低的β-碳立体选择性以及反应过程中动力学和热力学控制难题,使其在合成应用中面临很大挑战。文中综述了近年来苏氨酸醛缩酶在基因挖掘、催化机理、高通量筛选与分子改造、合成应用等方面的研究进展,旨在为进一步研究提供参考。     

植物阿魏酸-5-羟化酶生物信息学分析

阿魏酸-5-羟化酶(F5H)是木质素生物合成的关键酶之一,它依赖于细胞色素P450催化阿魏酸在5位上发生羟基化反应。采用生物信息学的方法和工具对在GenBank上注册的拟南芥(Arabidopsis thaliana)、油菜(Brassica napus)、杨树(Populus trichocarpa)、番茄(Lycopersicon esculentum)、紫苜蓿(Medicago sativa)、喜树(Camptotheca acuminate)等植物的阿魏酸-5-羟化酶基因的核苷酸序列及推导的氨基酸序列进行分析,包括组成成分、氨基酸翻译后修饰、跨膜拓扑结构域、疏水性/亲水性、蛋白质二级功能结构域等进行分析预测和推断。结果表明,植物F5H是一个具有跨膜结构域的亲水性蛋白,存在于内质网等分泌途径中,α-螺旋和不规则卷曲是其二级结构的主要结构元件,具有细胞色素P450家族特征性结构域及保守功能域。