内消旋-二氨基庚二酸脱氢酶不对称合成非天然手性D-氨基酸的研究进展

内消旋-二氨基庚二酸脱氢酶不对称合成非天然的手性D-氨基酸是目前生物催化领域的研究热点。内消旋-二氨基庚二酸脱氢酶具有优良的立体选择性,利用其进行酶催化不对称合成光学纯的手性D-氨基酸,被广泛用于医药、食品、化妆品、精细化学品等领域。为了促进生物催化法在合成手性D-氨基酸方向的进一步发展,本文对内消旋-二氨基庚二酸脱氢酶催化合成D-氨基酸的现状进行了综述。重点介绍了Corynebacterium glutamicum、Ureibacillus thermosphaericus、Symbiobacterium thermophilum来源的内消旋-二氨基庚二酸脱氢酶在新酶的挖掘、催化性能、晶体结构解析、分子改造、功能与催化机制、合成D-氨基酸新途径等方面的研究进展,并对内消旋-二氨基庚二酸脱氢酶的未来研究方向及策略进行了展望。本综述将进一步加深人们对内消旋-二氨基庚二酸脱氢酶的认识,也为具有挑战性的生物合成任务提供信息借鉴。     

嗜热共生杆菌内消旋-2,6-二氨基庚二酸脱氢酶中Y76对辅酶偏好性影响

辅酶NAD(H)相比NADP(H)有稳定性好、价格低廉及更广的辅酶循环方法等优势,因此在实际应用中常需将NADP(H)依赖型的脱氢酶改造成为NAD(H)依赖型的。来源于嗜热共生杆菌Symbiobacterium thermophilum的NADP(H)依赖型内消旋-2,6-二氨基庚二酸脱氢酶(meso-2,6-diaminopimelate dehydrogenase,St DAPDH)及其突变体酶是催化还原氨化合成D-氨基酸的优良催化剂,本研究试图改变其辅酶偏好性,增强其应用优势。对其晶体结构分析可知,氨基酸残基Y76距离腺嘌呤较近,R35及R36和辅酶上磷酸基团有直接相互作用。依氨基酸侧链基团性质对Y76进行了定点突变,发现不同突变子对两种辅酶的偏好性都发生了变化;对与磷酸基团直接作用的R35、R36进行的双突变R35S/R36V,导致酶对NADP+的催化活力降低;将R35S/R36V和部分Y76突变进行了组合,发现三突变组合以NAD+为辅酶时的活力均大于以NADP+为辅酶的活力,实现了辅酶偏好性转变。这些研究工作为进一步实现St DAPDH的辅酶偏好性完全转变提供依据。     

长双歧杆菌N-乙酰氨基己糖1-位激酶的活性位点

【目的】研究长双歧杆菌(Bifidobacterium longum)JCM1217的N-乙酰氨基己糖1-位激酶(Nacetylhexosamine 1-kinase,Nah K)中对催化活性有影响的位点。【方法】利用点突变试剂盒,获得Nah K的4个位点的共10种单点突变体表达菌株。诱导表达并纯化野生型和突变体酶,用DNS法和NADH偶联的微孔板分光光度法检测野生型及突变体酶的最适p H和最适Mg~(2+)浓度,并测定酶促反应动力学参数。【结果】D208A、D208N、D208E和I24A四种突变体的催化活性几乎丧失。突变体H31A、H31V、F247A和I24V的最适p H由野生型的7.5变为7.0,突变体H31A和F247A的最适Mg~(2+)浓度由野生型的5 mmol/L变为10 mmol/L。反应动力学参数测定结果表明,突变体F247Y对底物Glc NAc/Gal NAc及ATP的催化活性均高于野生型。【结论】通过定点突变,确定了对Nah K催化活性有影响的4个位点,并且获得了一个催化效率提高的突变体(F247Y),为进一步对Nah K进行分子改造奠定了一定基础。     

北京棒杆菌天冬氨酸激酶突变体Q316P的酶学性质

【目的】对北京棒杆菌(Corynebacterium pekinense)天冬氨酸激酶(Aspartate kinase,AK)进行改造,期望获得具有较高酶活力且酶活性质改善的高产天冬氨酸族氨基酸的优良突变株,并削弱甚至解除Thr对AK的反馈抑制作用。【方法】利用定点突变技术对Gln(Q)316位点进行突变,高通量筛选获得活力提高明显的突变体,并将其在大肠杆菌BL21中高效表达,对野生型(Wild type,WT)和突变体Q316P AK用镍柱纯化,进行酶动力学及酶学性质研究。【结果】获得突变体Q316P,并在大肠杆菌BL21中成功表达。与野生型相比,突变体Q316P的V_(max)提高8.53倍,n值由2.15降低为1.29,正协同性减弱;最适温度由25°C升高至30°C;最适p H由8.0降低至7.5,半衰期由3.8 h延长至5.0 h;且在实验范围浓度内,底物抑制剂苏氨酸对突变体Q316P表现出激活作用;Q316P AK对金属离子K+和有机溶剂甲醇表现出良好抗性。【结论】获得酶活力提高、酶学性质改善的突变体,并一定程度上解除苏氨酸对AK的反馈抑制,为构建高产天冬氨酸族氨基酸工程菌提供参考。     

短链壬基酚聚氧乙烯醚脱氢酶脱氢催化机理

【目的】为研究短链壬基酚聚氧乙烯醚脱氢酶(sNPEO-DH)的脱氢氧化机制(基因克隆于Ensifer sp.AS08),我们进行了以下实验。【方法】采用同源序列比对及同源建模的方法筛选出与其辅酶黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)异咯嗪基邻近的4个氨基酸残基。以定点突变方法分别构建了突变体,并进行了重组蛋白的表达纯化和酶活力测定。【结果】野生型和突变体的酶学动力学实验表明,突变体N90A和N509A对亲水性底物聚乙二醇(PEG1000)的相对活性分别降低为51%和89%,对疏水性底物sNPEO的活性分别降低为26%和40%,说明氨基酸残基N90和N509可能与底物的结合相关。突变体H465A的相对活性丧失了90%以上,突变体N507A完全丧失活性;瞬时"停-流"检测实验进一步证明N507A突变体阻断了底物向FAD传递质子的过程,突变体H465A阻断了对FAD还原形成的FADH2脱氢再生的过程。【结论】以上结果说明N507和H465为sNPEO脱氢酶活性中心中参与对底物氧化脱氢及FADH2脱氢再生进行下一次反应的催化位点。     

定点突变对酰胺水解酶DamH可溶性表达和酶活的影响

摘要:【目的】DamH是一种具有酯酶活性的酰胺水解酶,其非活性中心氨基酸残基的突变对重组酶可溶性表达和比酶活产生一定的影响。拟探索DamH的活性中心氨基酸残基构成,并对其非活性中心氨基酸残基突变对可溶性表达和比酶活的影响进行研究。【方法】通过重叠延伸的方法对DamH可能的活性中心氨基酸S149、E244和H274以及非活性中心氨基酸D165及N192进行定点突变,通过静息细胞测活验证了S149、E244和H274 在催化2-氯-N-(2’-甲基-6’-乙基苯基)乙酰胺(CMEPA)水解反应中的作用,通过Ni2+- NTA亲和层析对D165及N192突变子进行纯化,对突变株和野生型比酶活进行比较。【结果】研究表明S149A使DamH的CMEPA 水解酶活性下降为野生型的5%,E244A和H274A突变导致其失去活性;D165P和N192P突变影响到DamH的可溶性表达,表达量分别为野生型的28.2%和20.8%,突变子N192P、D165P比酶活分别为野生型比酶活的55.5%和49.7%。【结论】DamH催化酯类底物和芳基酰胺类底物可能共用同一活性中心S149、E244和H274,其两个α螺旋的转角处氨基酸侧链极性和刚性结构的改变对可溶性表达以及活性有很大的影响。     

D-乳酸生产菌菊糖芽孢乳杆菌来源的D-乳酸脱氢酶同工酶

【目的】菊糖芽孢乳杆菌(Sporolactobacillus inulinus)作为典型的同型发酵产D-乳酸的优势菌株,能够高效生产高纯度的D-乳酸。该菌株发酵受到多方面环境因素影响。糖代谢的关键酶例如葡萄糖激酶、磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶以及乳酸脱氢酶均为由葡萄糖代谢成为乳酸的关键酶,该菌中相关代谢酶的研究是发酵调控至关重要的基础。分析S.inulinus的基因组表明有3个推测为D-乳酸脱氢酶的基因,其中已有报道研究了1个双功能蛋白[bifunctional protein(BP)]。本研究分别克隆并解析了另2个D-乳酸脱氢酶同工酶的性质。【方法】本研究以S.inulinus Y2-8基因组DNA为模板,克隆得到2个D-ldh基因(dldh、dhdh),经测序分别为D-乳酸脱氢酶[D-lactic acid dehydrogenase(DLDH)]和D-羟基酸脱氢酶[D-isomer specific 2-hydroxyacid dehydrogenase(DHDH)]的基因。构建的重组菌表达蛋白DLDH,DHDH均具有催化丙酮酸生成D-乳酸的功能。【结果】重组菌表达的蛋白经镍柱亲和层析达到电泳纯。SDS-PAGE分析表明DLDH的表观分子量为37 k Da,DHDH的表观分子量为39 k Da。此外,DLDH以丙酮酸为底物时Km值为(0.58±0.04)mmol/L,对底物有较高的亲和力,最适反应温度为35°C,最适p H为6.5;而DHDH以丙酮酸为底物时Km值为(1.70±0.08)mmol/L最适反应温度为30°C,最适p H为7.5。另有报道的BP以丙酮酸为底物时Km值为(3.40±0.02)mmol/L,最适反应温度为30°C,最适p H为5.5。【结论】根据对底物丙酮酸的亲和力,最适温度及最适p H,推测DLDH是乳酸发酵中产D-乳酸的主导催化剂。结合相关酶学性质的分析可为今后的发酵调控提供理论依据。     

来源于瘤胃菌Ruminococcus sp.的D-阿洛酮糖3-差向异构酶的底物结合位点分析

【目的】研究来源于瘤胃菌Ruminococcus sp.的D-阿洛酮糖3-差向异构酶的底物结合机制。【方法】通过同源模拟和同源序列比对,筛选与其底物结合相关的关键位点,进而通过定点突变构建突变体并对其动力学性质进行研究。【结果】筛选得到关键位点Y6和A109,构建了突变体Y6F、Y6I、A109P及A109L。【结论】Y6既与底物结合又与催化能力相关,其-OH只与底物结合相关,芳香环则与催化能力和结合能力均相关;而A109则只是底物结合的位点。该研究结果为D-阿洛酮糖3-差向异构酶的催化机理研究及分子改造提供了借鉴。     

GH42家族保守氨基酸位点累积突变对Geobacillus stearothermophilus来源β-半乳糖苷酶BgaB催化活性的影响

【背景】β-半乳糖苷酶转糖苷活性弱,产物低聚半乳糖(galactooligosaccharides, GOS)易被水解,致其催化得率普遍较低。【目的】以GH42家族Geobacillus stearothermophilus来源β-半乳糖苷酶BgaB为对象,探讨家族保守氨基酸位点突变对β-半乳糖苷酶BgaB催化活性的影响。【方法】在单点突变体功能研究基础上,采用定点突变与化学修饰相结合的方法,对保守氨基酸位点E303与F341进行累积突变。【结果】与野生型酶相比,所构建双点突变体Ox-E303C/F341S水解活性降低为30%;GOS最大得率由0.75%提高到19.50%。【结论】家族保守氨基酸位点累积突变能够使单点突变体功能得到共同进化,降低β-半乳糖苷酶水解活性和底物抑制作用,能够提高其转糖苷催化活性。     

定向引入N-糖基化位点改进黑曲霉β-1,4-内切木聚糖酶热稳定性

【背景】木聚糖是生物圈中仅次于纤维素的第二大多糖,其结构复杂,完全降解需要多种木聚糖酶协同作用。β-1,4-内切木聚糖酶是木聚糖主链水解过程中最关键的酶,已广泛应用于饲料、造纸、能源、食品和医药等行业。但在实际应用中,由于真菌木聚糖酶的热稳定性较差,限制了其在工业中的应用。【目的】提高来源于黑曲霉(Aspergillusniger)的β-1,4-内切木聚糖酶(xynB)热稳定性。【方法】采用氨基酸虚拟突变技术对xynB定向引入一个N-糖基化位点,将虚拟突变后筛选获得的候选突变体和野生型在毕赤酵母SMD1168中表达,并对纯化后的野生型和突变体酶进行酶学性质和稳定性分析。【结果】经虚拟突变和筛选获得5个候选突变体,在毕赤酵母SMD1168中成功表达了4个突变体,其中3个突变体发生了糖基化。突变体和野生型酶均表现出宽范围的酸碱耐受性,且突变体xynB~(A92N/D94T)在pH4.0–11.0条件下的稳定性明显优于野生型;糖基化突变体xynB~(A92N/D94T)、xynB~(G66N/A68T)和xynB~(G66F/D67N/G69T)在温度为60–80°C时热稳定性明显高于野生型,xynB~(G66N/A68T)在80°C保温30 min后的残留酶活比野生型提高了约30%。【结论】本研究方法可为其他来源木聚糖酶和其他工业酶的热稳定分子改造提供参考。     

六种藓类植物茎的比较解剖学研究

通过对6种藓类植物,即褶叶青藓(Brachythecium salebrosum(Web.et Mohr.)B.S.G.)、湿地匐灯藓(Plagiomnium acutum(Lindb.)Kop.)、侧枝匐灯藓(Plagiomnium maximoviczii(Lindb.)Kop.)、大凤尾藓(Fissidensnobilis Griff.)、大羽藓(Thuidium cymbifolium(Doz.et Molk.)B.S.G.)和大灰藓(Hypnum plumaeforme Wils.)嫩茎和老茎的石蜡切片和显微观察发现,同一藓类植株的嫩茎和老茎,茎结构稳定,不同种藓类植物茎横切面具有不同特征.植物体茎横切面形状、表层细胞的层数、细胞大小和细胞壁厚薄、皮层细胞大小和形状、中轴的有无以及比例等特征可以作为藓类植物的分科分类依据之一.     

真菌类遗传学分析的知识结构教学

本文以认知结构理论为指导,讨论了真菌类遗传分析与高等动植物遗传分析的内在联系,认为利用这种内在联系进行教学可收到好的效果并说明了作者的具体教学过程。 Abstract:In the paper, the relationship between genetic analysis of Fungi and genetic analysis of high animal and plant was discussed.A good results were obtained when we adopted this method in the teaching.     

医疗机构合理用药评价模型的构建研究

目的 针对医疗机构的合理用药水平进行评价研究。方法 根据医疗机构合理用药的具体要求,构建医疗机构合理用药评价指标体系,采用基于模糊群决策的方法和多指标评价分析法构建医疗机构合理用药评价模型。结果 构建了基于模糊群决策的医疗机构合理用药评价模型,并通过实例分析证明了评价模型的可行性。结论 建立的基于模糊群决策的医疗机构合理用药评价模型能够对医疗机构的合理用药水平进行科学评价,为提高医疗机构合理用药水平奠定基础。     

棉铃虫钙粘蛋白N端多肽多克隆抗体制备及对Bt抗性的初步检测

用重组表达的棉铃虫Helicoverpa armigera(Hübner)中肠钙粘蛋白N端多肽片段制备兔多克隆抗体,并利用其对Bt抗性进行鉴定。通过RT-PCR方法对棉铃虫中肠钙粘蛋白N端多肽的基因片段Cad285进行PCR扩增,将其克隆到pET-30a原核表达载体中,在大肠杆菌BL21(DE3)中经IPTG诱导表达,得到35ku的重组融和蛋白,融合表达的包涵体经过变性、Ni-NTA柱亲和纯化、复性等方法处理包涵体,获得可溶性纯化蛋白,用纯化后蛋白免疫新西兰兔制备多克隆抗体,ELISA检测其效价高于1∶16000;利用最终获得的多克隆抗体对室内纯合Bt抗/感品系的棉铃虫中肠钙粘蛋白进行Western blot分析,结果显示敏感和抗性品系之间有明显差异,表明其能够应用对Bt抗性进行初步检测。     

Cause of Senescence of Nine Sorts of Flowers

The levels of endogenous phytohormones and respiratory rate in nine sorts of flowers such as Cymbidium faberi Rolfe, Nopalxochia ackermannii Kunth and others were investigated both at full bloom and senescence and meanwhile the effect of exogenous phytohormones on prolonging the blossoms and promoting ethylene production were tested. There is a high content of endogenous ethylene in all the long-lived flowere, about 3–16 folds higer than the short-lived ones. There is a high level of ABA at full blooming flowers of short-lived flowers, in which there is no or only some cytokinins in it, but the ratio of CTK (6BA+zeatin)/ABA is smaller(l.7). The endogenous ABA reached a much higher level at senescence in all nine sorts of flowers, so it is reasonable to consider that it is ABA which plays an important role of regulation in controlling flower's senescence. There is a much higher level of GA3 and zeatin in the long-lived flowers which is not demonstrated in the shortlived ones. The respiratory rate is one of the factors controtling the longevity of flowers, but it does not play a decided role. Application of 6BA and zeatin prolongs distinctly orchid’s longevity, however exogenous IAA through the promotive action on ethylene production, evidently extends the longevity of the flowers of the Nopalxochia ackermannii Kunth.     

青蒿素生物合成机理研究现状

本文总结了目前有关青蒿素生物合成机理方面的研究,主要包括青蒿素生物合成中生理因子的影响,青蒿素生物合成中间体及前体,青蒿素生物合成细胞定位等。指出了存在的一些问题及今后的研究发展前景。     

Time of detection of recessive genes: effects of system of mating and number of examined individuals

Summary Anthers were cultured from two sets of seven lines of hexaploid wheat (Triticum aestivum L.) with different cytoplasms, the euplasmic nucleus donors, Siete Cerros 66 and Penjamo 62, as well as their six alloplasmic lines derived from wild relative species of the genera Triticum and Aegilops. Significant cytoplasmic and nuclear effects but no cytoplasmic-nuclear interaction were found for embryogenic anther response, with the best performance of Penjamo 62 in Ae. kotschyi cytoplasm. Plant regeneration was not affected significantly by the cytoplasmic background of the lines cultured. The possible genetic implications of the observed cytoplasmic and nuclear influences on the in vitro haploid induction of wheat are discussed.