同源建模在纤维素酶分子改造中的应用

同源建模技术(homology modeling)给蛋白质的研究带来了新的希望,在理论上解决了结构预测和功能分析以及蛋白质工程实施方面所面临的难题.纤维素酶(cellulase)是能水解纤维素生成纤维二糖和葡萄糖的一组酶的总称.对纤维素酶的研究目前已经发展到结构功能分析、理性设计等方面.由于实验方法不能胜任全部纤维素酶结构的测定工作,故以计算机为依托的同源建模技术便发挥着重要作用,它在纤维素酶分子改造中的应用主要有:家族同源分析、研究功能氨基酸的作用机理、基于分子结构的理性设计、预测突变体结构和新功能等.随着同源建模技术自身的不断完善,以及分子对接、分子动力学模拟等技术的发展,计算机模拟技术将在酶分子的改造过程中显示出巨大的生命力.     

蛋白质定向进化的研究技术及应用

蛋白质定向进化是在人类改造蛋白质的过程中产生的。蛋白质定向进化通常分三步进行,即随机诱变、体外重组和筛选。每一步都有多种研究技术。蛋白质定向进化大大加速了人类改造蛋白质的步伐,在实际应用研究和基础理论研究中都具有重要意义。     

合成生物学中蛋白质计算预测设计的应用与发展

合成生物学以"工程化"为核心指导思想,自下而上开发生物技术来解决人类社会面临的重大挑战.蛋白质作为生命活动的直接执行者和合成生物学中关键的底层元件,对其定量认识和工程改造的能力直接影响合成生物学的上层建筑.通过蛋白质计算设计技术可实现功能空间跳跃,为合成生物学提供全新元件,使序列-结构-功能的研究从"格物致知"转化为"...     

细胞外的"组"和"组学"

总的说来,细胞是蛋白质组研究的热点。除了血浆,细胞外的蛋白质几乎是被遗忘了。然而,细胞外的蛋白质形成了细胞外基质,它们是细胞功能所必需的。在某些情况中,细胞外基质能对细胞产生许多效应。除了基质蛋白质组,细胞外还有很多“组”。糖组是细胞外的另一个组。在许多生理和病理过程中,细胞外基质中的蛋白质和糖被降解。被降解的产物是化合物,它们是降解物组的对象。现在一个大的组——人类蛋白质组——正在启动。在这个大的组中,细胞外基质应该被捡起,并从冷点转化为热点。     

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。     

丝状真菌中纤维素酶与半纤维素酶的合成调控简

综述了丝状真菌合成纤维素酶和半纤维素酶的相关调控研究进展。对最近研究文章分析发现：细胞外信号分子（C源、光信号）,转录因子以及染色质重建等对丝状真菌合成调控纤维素酶及半纤维素酶有重要影响。同时解析丝状真菌合成纤维素酶和半纤维素酶调控网络,以期为利用基因工程改造纤维素酶和半纤维素酶生产工业菌株提供理论指导。     

枯草杆菌蛋白酶与蛋白质工程

在以蛋白质三维结构及其与功能关系为基础的蛋白质工程的兴起中,枯草杆菌蛋白酶的定位诱变起了重要作用。以该酶为代表的蛋白质的工程研究,反映了这种生物技术所取得的进展和存在的主要问题。虽然,为了达到工程改造蛋白质的目标仍需要做大量基础性研究,但目前取得的成果足以说明蛋白质工程发展的光明前景。     

从美日两国生物工程研究现状看日本的未来发展

生物工程是一门涉及面很广泛的技术。这门利用和改造形形色色生物功能为人类服务的技术,主要包括发酵工程(生物反应器)、细胞工程和基因工程三大部分。这些技术已经逐步应用于生产实际,如生产各种特效药物等等。用大肠杆菌或酵母菌生产耐热性纤维素酶等,也只是时间问题了。 生物工程技术的问世并非偶然。许多基础科学对生命现象进行基础研究所获得的大     

木质纤维素酶基因资源挖掘及真菌酶系改造简

简述了木质纤维素酶基因资源挖掘的策略和方法及其在丝状真菌酶系改造中的应用。从候选基因的获取（木质纤维素酶基因资源的挖掘和高效利用）、外源基因的表达、酶系的复配和重构等方面综述了丝状真菌酶系改造的最新进展,并提出了丝状真菌酶系改造中亟须解决的关键问题。     

点饱和突变技术及其在蛋白质工程中的应用

点饱和突变技术是蛋白质工程中的一门新兴技术,它通过对目的蛋白的编码基因进行改造,短时间内获取靶位点氨基酸分别被其它19种氨基酸替代的突变子。此技术不仅是蛋白质定向改造的强有力工具,而且是蛋白质结构－功能关系研究的重要手段。本文概述了几种常用点饱和突变技术,介绍了其在蛋白质工程中的应用状况,讨论了其在应用中的问题,展望了其应用前景。     

体内连续进化——从噬菌体到真核基因组的进化故事（英文）

进化是生物多样性产生和保留的自然进程。通过对编码蛋白质的基因进行有目的地设计和改造,获得性能更优异的蛋白质用于生产生活,是蛋白质工程的目的所在。为了在实验室中通过定向进化的蛋白质工程模拟自然进化的实现过程,研究人员通过在快速增殖的原核生物和简单的真核生物中引入靶向诱变元件,建立了各种体内连续进化系统。本综述介绍了体内连续进化平台的现状,重点关注噬菌体和酵母中人工进化技术的研究进展,并对其在生物技术领域中的成功应用进行了总结,最后简要展望了体内连续进化这一新兴领域的发展方向。     

基于真实情境问题解决的教学探索——以"人类遗传病"的教学为例

在"人类遗传病"的教学中,以地中海贫血症的遗传咨询案例为主线,围绕真实情境问题的解决设计和组织教学,引导学生在解决一系列问题的过程中学会知识的迁移和应用,提升生物学学科核心素养.     

木质纤维素降解酶生产菌株的遗传改造及应用

通过纤维素酶将木质纤维素向生物新能源的转化对经济社会的可持续发展具有重要意义,被用于纤维素酶制剂工业化生产的微生物大多属于丝状真菌,但丝状真菌的遗传操作困难,且纤维素酶诱导机制尚未阐明,严重制约了纤维素酶高产菌株选育与应用。本文综述了近年来纤维素酶高产菌株遗传操作方法的进展,重点论述了丝状真菌合成纤维素酶过程中的信号感应、信号传导、转录调控的研究,通过理性改造以提高纤维素酶生产菌株的产酶能力,并且总结展望了丝状真菌在工业生产中的应用。     

斜卧青霉去泛素化蛋白酶CREB的缺失提高纤维素酶的生产

斜卧青霉Penicillium decumbens T.是1种重要的产纤维素酶丝状真菌,能有效地降解利用木质纤维素生产第2代生物燃料。为了提高斜卧青霉纤维素酶的产量,构建了去泛素化酶基因creB的敲除盒,并通过同源双交换重组的方法,获得了creB基因缺失突变株ΔcreB。该突变株呈现明显的纤维素酶表达分泌抗葡萄糖代谢阻遏效应,ΔcreB菌株的滤纸酶活、内切纤维素酶活、木聚糖酶活以及外切纤维素酶活分别提高1.8倍、1.71倍、2.06倍以及2.04倍,其胞外蛋白质含量提高了2.68倍。确定了creB基因缺失突变株具有抗碳源代谢物阻遏的生理现象,CREB对斜卧青霉生产纤维素酶的能力具有显著影响,为系统改造丝状真菌高产纤维素酶菌株提供了理论指导。     

酿酒酵母人造纤维小体的研究进展简

纤维素乙醇的统合生物加工过程（consolidated bioprocessing,CBP）是将（半）纤维素酶生产、纤维素水解和乙醇发酵过程组合,通过一种微生物完成的生物加工过程。 CBP有利于降低生物转化过程的成本,受到研究者的普遍关注。酿酒酵母（ Saccharomyces cerevisiae）作为传统的乙醇生产菌株,是极具潜力的CBP底盘细胞。纤维小体是某些厌氧微生物细胞表面由纤维素酶系与支架蛋白组成的大分子复合物,它能高效降解木质纤维,在酿酒酵母表面展示纤维小体已成为构建CBP细胞的研究热点。笔者综述了人造纤维小体在酿酒酵母细胞表面展示组装的研究进展,重点阐述了纤维小体各元件的设计和改造,并针对酿酒酵母分泌途径的改造,提出提高人造纤维小体分泌组装的可能性策略。     

“蛋白质工程”一节教学设计

在"蛋白质工程"一节教学中,以《普通高中生物学课程标准(2017年版)》为依据,采用"科学-技术-社会"的教学策略,由胰岛素的工业合成引入话题,通过资料分析和小组讨论等方式,引导学生形成"蛋白质工程是基因工程的延伸"的核心概念,提高基于已有知识和新信息解决实际问题的能力,关注基因工程在药物生产中的实际应用,认同基因工程和蛋白质工程等生物技术的应用价值和发展前景。     

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.     

蛋白质新功能定向进化研究策略

利用定向进化策略改造蛋白质功能已经在农业、工业和医药等领域得到了广泛的应用.蛋白质工程的最新进展是利用定向进化策略对自然界蛋白质引入新功能,但由于其决定因素比较复杂,是研究者面临的一个重大挑战.详细介绍了国外近年发展的蛋白质新功能定向进化研究策略:对传统突变体库构建策略进行改进以及非同源重组改造技术的开发,是早期引入蛋白质新功能的常用手段,利用计算/理性设计与定向进化相结合引入蛋白质新功能是近年定向进化研究的一个重大突破,而噬菌体展示技术是蛋白质新功能筛选的主要策略.蛋白质新功能的分子进化模型已逐渐成为蛋白质工程改造的新思路.     

蛋白质糖基化工程

糖基化是蛋白质的一种重要的翻译后修饰,对蛋白质的结构和功能有重要影响。蛋白质糖基化工程是通过对蛋白质表面的糖链进行改造,从而改良蛋白质性质的一种技术。综述了蛋白质糖基化工程的原理、方法和应用。     

纤维素酶的研究进展

纤维素酶是糖苷水解酶的一种,它可以将纤维素物质水解成简单糖,进而发酵产生乙醇,从而解决农业、再生能源以及环境污染等问题。初期的研究主要集中在对微生物纤维素酶的研究,随着对纤维素酶研究的不断深入,“动物自身不含纤维素酶”这一传统理论被推翻,动物纤维素酶成为纤维素酶研究的热点。另外,生物化学、分子生物学以及基因工程等多种交叉学科的快速发展,获得适合工业化的高比活力的纤维素酶已指日可待。