微生物脂肪酶稳定性研究进展

脂肪酶广泛应用于食品、药物、生物燃料、诊断、生物修复、化学品、化妆品、清洁剂、饲料、皮革和生物传感器等工业领域,微生物脂肪酶是商品化脂肪酶的重要来源。高温、酸性、碱性和有机溶剂等恶劣的工业生产环境使得脂肪酶的进一步工业应用受到限制,获取稳定性好的脂肪酶成为打破这一限制的关键环节。本文重点对提高微生物脂肪酶稳定性的策略进行了综述:挖掘极端微生物脂肪酶资源;利用定向进化、理性设计和半理性设计等蛋白质工程策略改造脂肪酶;利用物理吸附、封装、共价结合和交联等酶的固定化技术提高脂肪酶的稳定性;利用物理/化学修饰、表面展示以及多种改良策略相结合提高脂肪酶的稳定性。结合作者前期对酶工程的研究发现,新型酶催化剂的获得应该基于明确的设计思路,结合多种改造方法,基于定向进化-理性设计、定向进化-半理性设计、蛋白质工程-酶的固定化、蛋白质工程-物理/化学修饰、酶的固定化-物理/化学修饰等组合改造,比单一的改造方法具有更高的效率。     

结构修饰提高酶稳定性、活性

酶因其特异性和可持续性而成为广泛应用的绿色催化剂，其稳定性和催化活性是决定酶适用性的关键因素。为满足实际应用需求，通过蛋白质结构修饰赋予其所需的催化特性是当前的研究热点。提高热稳定性的策略有：引入非共价/共价相互作用（疏水相互作用、氢键、盐桥、芳香环相互作用、二硫键）、环截短、C端和N端工程，及增加脯氨酸/减少甘氨酸的数目等；获得具有高效性和多样性的生物催化剂的策略有：降低空间位阻、拓宽催化口袋、增加底物亲和力及调节活性位点灵活性等。然而，在稳定性或催化功能改造的过程中，新突变的引入会削弱其他功能，致使进化过程中稳定性和催化活性相互制约。因此，采用基于理性计算优选突变热点、基于多重蛋白质稳定性或活性改造策略的共进化，以及基于高度稳定的蛋白质骨架创造或/和优化蛋白质功能等多种策略克服酶稳定性-活性之间的权衡。本综述重点阐述了结构修饰方法在提高酶稳定性或/和催化活性方面的应用，并展望了该领域的未来发展前景。     

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。     

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。     

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.     

微生物谷氨酰胺转胺酶的表达及分子改造研究进展

微生物谷氨酰胺转胺酶具有催化蛋白质和某些非蛋白物质交联的功能,被广泛应用于食品、医药及纺织等领域.为提高该酶的产量及建立相应的分子改造平台,上世纪90年代日本味之素公司便开展了微生物谷氨酰胺转胺酶重组菌构建的研究.目前,该酶已在多个表达系统中实现活性表达,部分重组菌较野生菌的产酶能力有显著提高.近年来,谷氨酰胺转胺酶的分子改造研究也取得了初步进展,酶的催化活力、热稳定性及底物专一性得到提升.文中对上述研究中涉及的蛋白质表达及改造策略进行了简要的总结及分析,并指出相关研究的发展趋势.     

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。     

用两相系统回收蛋白质

简要评价了细胞内酶和其他生物活性蛋白质的抽提回收技术及其经济方面。可以看到,此法有很大的潜力,现在用于工业生产。 人们对细胞内酶和微生物的其他生物活性蛋白质的兴趣日益增长。     

提高微生物脂肪酶产量、活性和稳定性的方法研究

微生物脂肪酶是一类广泛应用于诸多工业领域的生物催化剂。提高微生物脂肪酶的产量、活性和稳定性,增强产品的市场竞争力,一直是微生物脂肪酶研究的重点和热点。本文从产脂肪酶菌株的改造、脂肪酶基因的改良、脂肪酶发酵工程和脂肪酶后期处理等四个方面概述了提高微生物脂肪酶产量、活性和稳定性的方法,以期为微生物脂肪酶的规模化工业生产提供方法性指导。     

蛋白酶及其抑制剂关键活性位点研究进展

蛋白酶广泛存在于生物体中,参与分解蛋白质,维持生物体正常的生命活动。蛋白酶抑制剂通过与蛋白酶活性位点结合调控靶蛋白酶活性,从而影响蛋白质代谢。蛋白酶及其抑制剂关键氨基酸的突变,可以影响其生理功能、稳定性、催化活性、抑制特异性等。通过挖掘自然界蛋白酶及其抑制剂的各种突变体,分析它们的关键活性位点,并运用蛋白质工程手段改造和设计活性更强、稳定性更高、特异性更好、环境更友好、成本更低的蛋白酶及其抑制剂,已成为当前的热点研究之一。文中对近年来蛋白酶及其抑制剂关键活性位点研究进行了简要综述,以期深化人们对蛋白酶及其抑制剂活性作用机制的认识,并为蛋白酶及其抑制剂的生物学活性改造研究提供理论参考。