一种新型微生物卤醇脱卤酶的研究进展

卤醇脱卤酶是细菌降解环境中重要污染物有机卤化物的关键酶之一,具有与其他已知脱卤酶不同的脱卤机制。它是一类通过分子内亲核取代机制催化邻卤醇转化为环氧化物的脱卤酶,可以高效催化有机邻卤醇进行脱卤反应,在治理环境污染方面具有十分重要作用。此外,在催化环氧化物和邻卤醇之间的转化反应中,卤醇脱卤酶具有很高的立体选择性,因而在手性药物合成方面也有广阔的应用前景。我们着重从卤化物生物降解途径、脱卤机制及应用等方面介绍了卤醇脱卤酶的最新研究进展,同时对卤醇脱卤酶改造的新方法进行了阐述与展望。     

基于宏基因组学的卤醇脱卤酶筛选

环境中的多数有机卤化物具有高毒性和低可降解性,卤醇脱卤酶可以催化邻卤醇进行分子内亲和取代生成相应的环氧化物,在消除有机卤化物的污染方面具有十分重要的作用.此外,在催化环氧化物和邻卤醇之间的转化反应中卤醇脱卤酶具有很高的立体选择性,因而在手性药物合成方面也有广阔的应用前景.宏基因组是生境中全部微小生物遗传物质的总和,极大地扩展了微生物资源的利用空间.本文介绍了卤醇脱卤酶的特性及利用宏基因组方法筛选新的卤醇脱卤酶的两种方法及各自的优缺点.     

甘油原料转化生产手性环氧氯丙烷关键酶的开发

手性环氧氯丙烷是一种重要的三碳手性合成子,在医药、农药、化工、材料等领域有着广泛的应用。开发以甘油替代石油基原料合成手性环氧氯丙烷的绿色合成工艺具有重要的开发价值。生物催化技术可有效提高过程安全性与原子经济性,降低"三废"排放,提升产品质量。阐述了生物催化合成手性环氧氯丙烷关键酶技术的研究进展,进行了生物合成路线设计、卤化酶酶库构建、卤醇脱卤酶与环氧化物水解酶的筛选与改造、卤醇脱卤酶/环氧化物水解酶双酶串联合成手性环氧氯丙烷工艺构建等技术开发,为手性环氧氯丙烷绿色生物合成技术的研究与应用提供理论基础与技术支持。     

微生物卤代烷烃脱卤酶研究进展

卤代烷烃脱卤酶是降解卤代脂肪族化合物的关键酶类,在各种地理环境中的不同微生物中广泛存在,在生物降解和工业生产等方面具有重要的应用价值。目前已经生化鉴定了20个卤代烷烃脱卤酶。近些年来对这些酶的酶学特征、蛋白质结构和系统进化进行了详细的研究。同时,为满足应用实践的需求还对卤代烷烃脱卤酶进行了蛋白质工程改造研究。本文将对卤代烷烃脱卤酶研究的一些新的进展进行综述。     

一种来源于红螺菌科细菌新型卤醇脱卤酶的克隆表达及其酶学性质鉴定

作为一类多功能生物催化剂,卤醇脱卤酶在手性β-取代醇和环氧化合物合成应用方面备受关注.目前催化功能较为清楚的卤醇脱卤酶不足40种,且绝大部分催化性能并不能满足科学研究和实际应用的要求,因此挖掘并鉴定更多的卤醇脱卤酶具有重要意义.本文克隆表达了来源于红螺菌科细菌Rhodospirillaceae bacterium中一个...     

柴油食烷菌B-5及其卤代烷烃脱卤酶DadA对卤代化合物的降解

【目的】柴油食烷菌(Alcanivorax dieselolei)B-5是重要的石油降解菌。为研究其对卤代化合物的降解范围和降解机制,【方法】以不同的卤代化合物作为唯一碳源,观察菌株B-5在其中的生长情况;通过多重序列比对、系统发育分析和三维结构同源建模,分析该菌株基因组内一个假定的卤代烷烃脱卤酶(Haloalkane dehalogenase,HLD)DadA;利用大肠杆菌异源表达、纯化DadA,并测定了其对46个卤代底物的酶活。【结果】菌株B-5能够利用C3-C18链长范围的多种卤代化合物为唯一碳源生长;在系统进化树中,DadA相对独立于其他HLD-II亚家族成员,但具有典型的HLD-II亚家族的催化五联体残基;DadA确实具有脱卤活性,但该酶特异性高,底物范围明显小于其他已鉴定的HLDs,仅对1,2,3-三溴丙烷、1,2-二溴-3-氯丙烷和2,3-二氯-1-丙烯有脱卤酶活。【结论】因为DadA对很多B-5菌株可以利用做碳源的卤代底物没有脱卤酶活,所以推测B-5菌中可能还有其他脱卤酶参与了卤代烷烃的降解。菌株B-5及其卤代烷烃脱卤酶DadA在卤代烷烃污染物的生物降解方面具有应用潜力。     

卤代酶与生物卤化反应进展

卤化物在生物圈内广泛存在,许多天然卤化物广泛应用在药理学领域。根据催化机理,催化形成C-X键的卤代酶（halogenases）主要分为两大类型：卤代过氧化物酶（haloperoxidases）和黄素依赖型卤代酶（flavin—dependent halogenases）,另外还有非血红素Fe（Ⅱ）／α-酮戊二酸盐依赖型卤代酶（non—heme Fe^3／α-ketoglutarate（aKG）-dependentha logenases）、甲基卤代转移酶（methyl halide transferases）和氟化酶（fluorinases）等。本文综述了目前已知的卤代酶的发现、分子作用机制和生物催化潜力。近年来,卤代酶在生物卤化过程中的重要生物学功能已经引起了广泛关注。利用组合生物合成、定向进化等现代生物技术合成有价值的天然卤代衍生物将有广阔的应用前景。     

黄素依赖型卤化酶及其应用研究进展

卤化物是农业、制药业和化学工业的重要原料,主要以化学法合成,该法具有环境不友好和合成条件苛刻等劣势。天然卤化物生物合成途径的关键酶为卤化酶,包括卤过氧化物酶(haloperoxidase,HPO)、α-酮戊二酸依赖型卤化酶(α-ketoglutarate dependent halogenase,KG-Hal)、S-腺苷甲硫氨酸依赖型卤化酶(S-adenosylmethionine-dependenthalogenase)和黄素依赖型卤化酶(flavin-dependent halogenase,FDH)。其中,黄素依赖型卤化酶因其分布广泛、具有底物特异性和卤化位点选择性,是最具开发潜力的卤化酶。因此,本文对黄素依赖型卤化酶的结构、类型、催化机制及其应用研究进展进行综述,对利用基因分析和基因筛选方法寻找新型黄素依赖型卤化酶进行了展望。本综述有助于拓展黄素依赖型卤化酶的类型及其催化机制的知识,推动黄素依赖型卤化酶及其酶工程的研究,为新型卤化物的合成提供技术思路。     

2-卤代酸脱卤酶研究进展

2-卤代酸脱卤酶(EC 3.8.1.X)催化2-卤代酸脱卤水解形成相应的2-羟基酸。该类酶不仅能够降解环境中的卤代污染物,而且具有宽广底物谱和高效手性拆分特性,因而在环保和手性中间体的绿色合成中具有广阔应用前景。目前已经对多种2-卤代酸脱卤酶进行生化特性表征,并对酶分子三维结构及催化机制进行了深入研究。文中从2-卤代酸脱卤酶的来源、蛋白质结构与催化反应机制、催化特性及应用方面等研究取得的新进展进行综述,并展望了2-卤代酸脱卤酶的进一步研究方向。     

细胞色素P450在生物除污中的应用

人类生存环境中的有毒废物日益增多 ,特别是多环芳烃及多卤代有机物 ,它们的生物利用率低且化学上惰性 ,成为环境污染治理的一大难题 ,迫切需要开发一种有效的途径以解毒或降解这些废物。Ｐ45 0酶系可以催化许多结构不同的物质羟基化、环氧化、脱烷基或脱卤化氢等 ,使其化学性质发生改变。人类活动产生的 2 0 0 0 0 0种环境化合物中大多数是Ｐ45 0的可能底物 ,这使Ｐ45 0在环境的生物除污 (ｂｉｏｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎ)应用中具有广阔前景。1 .天然Ｐ45 0的利用微生物Ｐ45 0无处不在 ,它们具有强的还原和氧化能力 ,对于环境的生物净化十分…     

一株脱卤单胞菌属有机卤呼吸细菌的分离纯化与基础特征

[目的]分离鉴定新型有机卤呼吸细菌,拓展有机氯污染物降解菌种资源.[方法]在限制性培养基中,基于特定脱卤微生物的能量代谢特点以及对抗生素的抗性特征,应用绝迹稀释法从脱氯富集培养物中分离纯化新型有机卤呼吸细菌.通过添加酵母提取物和聚合酶链反应-限制性片段长度多态性等方法鉴定菌株纯度.通过考察细胞形态、16SrRNA系统发...     

一种来源于运动替斯崔纳菌KA081020-065的新型卤醇脱卤酶的表达纯化及性质分析

卤醇脱卤酶(Halohydrin dehalogenase)不仅对于含氯污染物的生物降解、净化环境具有重要意义,而且在手性医药中间体合成中也是一种重要的生物催化剂,但其数量较少。采用基因挖掘在基因组数据库中获得一种来自运动替斯崔纳菌Tistrella mobilis KA081020-065的新型卤醇脱卤酶基因Hhe TM,将该基因克隆、表达在大肠杆菌BL21(DE3)中,利用镍柱亲和层析将该酶进行纯化并研究了其酶学性质。Hhe TM是一种同源四聚体;最适温度为50℃;不同的p H缓冲液对其活性有较大影响;在碱性、30℃以下的条件下稳定性高。在氰根离子存在的条件下,Hhe TM能够催化(S)-4-氯-3-羟基丁酸乙酯合成(R)-4-氰基-3-羟基丁酸乙酯,为酶法合成阿托伐他汀关键中间体提供了一种新的卤醇脱卤酶。     

环境因子对厌氧微生物脱卤的影响研究进展

有机卤代物在工农业生产中的广泛应用及不合理处置与排放导致其成为地下环境中普遍存在的一类污染物,严重威胁地下生态系统功能、饮用水安全和人类健康。有机卤呼吸细菌在有机卤污染场地的原位生物修复中起到了至关重要的作用。本文简要概述了影响和制约有机卤呼吸微生物生长代谢及脱卤活性的一些关键环境因子,如pH、温度、盐度、电子供受体和氧气等,并且对有机卤呼吸细菌未来的研究方向提出展望,以期为污染场地原位生物修复工程的有效实施提供理论与技术参考。     

微生物环氧化物水解酶的研究进展

环氧化物水解酶(EH)是一类能催化外消旋环氧化物水解生成有光学活性的环氧化物和二醇的酶,应用前景广阔。自然界筛选到的微生物往往存在产酶活力低、对映体选择性不高等问题。近年来,基因工程技术的发展及其在微生物环氧化物水解酶中的应用,改善了酶的催化特性,为酶的工业化应用提供了条件。该文简单介绍了微生物环氧化物水解酶的催化反应机制和快速检测方法,详细介绍了环氧化物水解酶基因工程方面的研究进展。     

色氨酸卤化酶研究进展

能催化卤代反应的卤化酶,因其具有高效、选择性好、反应条件温和的特点受到广泛关注。其中色氨酸卤化酶是研究最多的一类酶,它的特点是可以有选择性地卤化色氨酸,主要包括氯化和溴化。而卤代化合物具有多种生物活性,在医药、化工等领域有着广泛的应用。本文主要介绍了色氨酸卤化酶的来源和种类,酶学性质及其异源表达的研究现状;重点阐述了其结构和功能之间的相互关系及催化机理;并对色氨酸卤化酶的应用以及未来发展方向进行了展望,以期为色氨酸卤化酶的开发应用提供参考。     

R-2-卤代酸脱卤酶的同源模建及底物对映体选择性研究

对来自假单胞菌ZJU26中的R-2-卤代酸脱卤酶(DehI-R)进行同源模建,分析其与底物的相互作用,为解析酶的底物对映体选择性提供理论依据.采用Sybyl中的APM模块首次构建并优化了R-2-卤代酸脱卤酶的三维结构,并用Procheck 验证结构模型的合理性.使用Suflex-Docking模块将结构模型与底物分别进行对接,分析相互之间的作用.序列比对结果显示,R-2-卤代酸脱卤酶与恶臭假单胞菌PP3中DehI的相似性达23.71％.Deh-R模建后的结构与模板很好的吻合.模型比对分析DehI-R中参与催化的残基,除Asn2.03外大部分都比较保守.分子对接结果表明,R-2-氯丙酸和S-2-氯丙酸都可以结合到活性位点上,决定其选择性的是值点Asn203,在RS-2-卤代酸脱卤酶所对应位点的残基为Ala,相比之下,Aan具备较大的空间位阻,从而阻止了S-2-氯丙酸的反应.利用Sybyl中的Biopolymer模块对R-2-卤代酸脱卤酶中的Asn203突变成具有不同空间位阻的Ala、Gly和Gln.突变酶与底物对接结果进一步证实了Asn203位点对R-2-卤代酸脱卤酶的底物对映体选择性作用.     

北极海洋链霉菌604F的卤化酶基因克隆及特征

【目的】本研究旨在克隆来自北极海洋、具有合成卤化物潜力的链霉菌(Streptomyces sp.)604F中的一个卤化酶基因,为后续克隆卤化物合成基因簇、分离鉴定卤化物提供指导。【方法】利用琼脂块法初步测试抗菌活性,借助液相色谱-飞行时间串联质谱技术(LC-Tof MS)初步寻找Streptomyces sp.604F发酵粗提液中的卤化物,并以简并PCR扩增合成次级代谢产物的指示基因(I型、II型聚酮合酶及非核糖体多肽合成酶编码基因);根据依赖黄素腺嘌呤二核苷酸的卤化酶基因保守区设计的简并引物,扩增基因片段并测序分析;采用高效热不对称交错PCR(hiTAIL-PCR)技术扩增卤化酶基因全长。【结果】Streptomyces sp.604F具有较强的抗白色念珠菌活性,其基因组同时含有编码I型聚酮合酶、II型聚酮合酶和非核糖体多肽合成酶基因,以及卤化酶基因;通过染色体步移克隆该卤化酶基因全长,共1443 bp,编码一个新的非色氨酸卤化酶,在合成已知卤化物的卤化酶数据库中,与其同源关系最近的为一类参与合成糖肽类次级代谢产物的卤化酶。【结论】Streptomyces sp.604F具有新的非色氨酸卤化酶,且推测参与糖肽类化合物的卤化修饰,为后续寻找目的卤化物提供了指导,也为研究该合成基因簇奠定基础。     

黄素依赖型卤化酶的结构特点及工程改造*

卤化物是通过卤化酶催化卤族元素在有机化合物上特定位置发生取代形成的一类化合物,具有独特的生理生化作用。黄素依赖型卤化酶具有良好的区域选择性,虽然有相似的黄素分子的结合位点,但在底物结合方面略有不同,对其结构和合成途径及结合蛋白质工程的随机诱变和定向改造的研究在工业应用中至关重要。讨论了具有高区域选择性的黄素依赖型卤化酶的结构特点及工程改造,以及经过工程改造后黄素依赖型卤化酶在工业生产中的应用。     

来源卤化二型聚酮类生物合成基因簇的两种关键功能基因鉴定与表达

为催化卤化产物,挖掘具有生物活性的新卤化物提供新的方法途径,拟构建卤化酶原核表达载体催化天然卤化物的卤化过程.对链霉菌Streptomyces sp.FJS31-2基因组中一个II型PKS类产物zunyimycin生物合成基因簇进行系列分析,针对其中的后修饰酶卤化酶基因和单加氧酶基因进行原核表达纯化.通过分子生物学手段...     

脱卤单胞菌属在厌氧降解有机氯化物及污染场地修复应用中的研究进展

脱卤单胞菌 Dehalogenimonas 是绿弯菌门 (Chloroflexi) 脱卤球菌纲 (Dehalococcoidia) 的一个属。脱卤单胞菌属目前包含 Dehalogenimonas lykanthroporepellens、Dehalogenimonas alkenigignens 和 Dehalogenimonas formicexedens 这 3 个已正式命名的物种,其成员均为严格厌氧的专性有机卤呼吸细菌,利用氢气和甲酸作为电子供体,以氯代烷烃 (例如 1,2,3-三氯丙烷、1,2-二氯丙烷和 1,2-二氯乙烷) 作为电子受体,通过介导还原性脱氯反应获得能量进行生长。我国污染场地地下水中氯代烷烃等有机氯污染较为突出,脱卤单胞菌的产能方式使其在污染场地原位修复中具有重要的应用价值。新近发现的 WBC-2 菌株和"Candidatus Dehalogenimonas etheniformans" GP 菌株可以脱氯降解某些氯代烯烃,其中 GP 菌株能够将一氯乙烯完全脱氯至乙烯,拓展了有限的一氯乙烯脱氯菌种资源,丰富了脱卤单胞菌的生态学功能。文中围绕脱卤单胞菌属的生理生化特性、生态功能及基因组信息进行综述,旨在为污染场地有机氯污染物的清理及工程实施提供理论指导。