芳香族氨基酸羟化酶家族结构与催化功能

芳香族氨基酸羟化酶(AAAH）家族是一类单加氢酶,包括苯丙氨酸羟化酶(PAH)、酪氨酸羟化酶(TH)和色氨酸羟化酶(TPH). 在辅因子四氢生物蝶呤、铁原子及氧存在下,分别催化苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸的羟化反应. 多种疾病如苯丙酮尿症、帕金森氏病以及神经相关疾病的发病机制均与这类酶有关. 本文综述近年来对芳香族氨基酸羟化酶家族蛋白结构功能、底物特异性、催化机制等方面的研究进展,为该类酶的定向进化及功能应用提供新思路.     

芳香族氨基酸生物合成和苯丙氨酸发酵

<正> 苯丙氨酸(Phemylalanine,Phe)、酪氨酸(Tyrosine,Tyr)和色氨酸(Tyrptophan,Trp),即所谓芳香族氨基酸(aromatic amino acid),不仅本身结构较谷氨酸复杂(表1),而且合成机制亦较多采,特别是其用途的日益广泛,也使人们开始注意其生产技术。大家都知道,苯丙氨酸和色氨酸是人体必需氨基酸,酪氨酸可由苯丙氨酸转换、而提供人体。芳香族     

大肠杆菌芳香族氨基酸代谢工程研究进展

芳香族氨基酸包括L-苯丙氨酸(L-Phe)、L-酪氨酸(L-Tyr)和L-色氨酸(L-Trp),是生物体内非常重要的必需氨基酸,具有重要的生物学功能,广泛应用于医药、食品和饲料等领域。本文中,笔者介绍了芳香族氨基酸的生物合成途径以及代谢调控,综述了构建大肠杆菌芳香族氨基酸生产菌株的代谢工程策略。针对现阶段工业化生产芳香族氨基酸存在的问题,笔者对进一步应用代谢工程策略改造芳香族氨基酸菌株进行了展望。     

芳香族异戊烯转移酶的研究进展

异戊烯基转移酶(prenyltransferase)催化异戊烯基转移至异戊烯单元、芳香环或蛋白质上。芳香族异戊烯基转移酶将异戊烯单元融入含有芳环的化合物, 从而形成具有重要生物学功能的各类活性分子, 如泛醌、质体醌、维生素E、异戊烯黄酮类以及真菌代谢物等。该文综述了近年来植物和真菌芳香族异戊烯转移酶的分子生物学研究进展, 包括膜结合的参与质体醌生物合成的homogentisate solanesyltransferase、参与维生素E生物合成的homogentisate phytyltransferase、类黄酮异戊烯转移酶(flavonoid prenyltransferase)和可溶性的真菌吲哚异戊烯转移酶等。     

转氨酶催化不对称合成芳香族L-氨基酸

芳香族L-氨基酸是合成许多药物、农药、精细化学品和食品添加剂的重要手性砌块(Chiral buildingblocks)。利用酶催化具有高活性和高立体选择性的特点合成手性砌块是目前不对称合成领域重要的研究方向。通过对不同来源转氨酶的进化分析,选择分别源自原核生物大肠杆菌Escherichia coli和真核生物酿酒酵母Saccharomyces cerevisia中的两种具有代表性Ⅰ型芳香族转氨酶TyrB和Aro8,比较研究了两种转氨酶通过平衡逆转不对称氨化催化合成芳香族L-氨基酸的反应过程和催化效率。重组转氨酶TyrB和Aro8都能有效地合成天然芳香族氨基酸苯丙氨酸和酪氨酸以及非天然氨基酸苯甘氨酸。手性HPLC分析表明,合成的氨基酸都是L-构型的,e.e值等于100%。L-丙氨酸是适宜的氨基供体,转氨酶TyrB和Aro8都不能利用D-型氨基酸作为氨基供体。反应体系中氨基供体L-丙氨酸和氨基受体芳香族α-酮酸的最适摩尔比为4∶1。底物芳香族α-酮酸分子结构中芳香环上的取代基以及脂肪酸碳链部分的长度都对酶催化的转氨效率有显著的影响。在制备规模试验中,TyrB催化不对称转氨反应合成L-苯甘氨酸、L-苯丙氨酸和L-酪氨酸的比生产速率为0.28 g/(g.h)、0.31 g/(g.h)和0.60 g/(g.h),Aro8催化上述反应的比生产速率分别为0.61 g/(g.h)、0.48 g/(g.h)和0.59 g/(g.h)。研究结果对利用转氨酶通过平衡逆转不对称催化合成芳香族L-氨基酸的工业化应用具有指导意义。     

毕赤酵母底盘芳香族氨基酸合成途径改造生产肉桂酸及对香豆酸*

目的:改造毕赤酵母使其异源合成类黄酮生物合成途径的重要中间体肉桂酸、对香豆酸,并优化前体芳香族氨基酸生物合成途径以提高毕赤酵母的生产能力。方法:在毕赤酵母GS115中利用乙醇诱导型人工转录系统表达Rhodotorula glutinis来源的苯丙氨酸解氨酶,并在该重组菌株中分别过表达胞内芳香族氨基酸生物合成途径中的关键酶或其突变体以进行优化。结果:异源表达苯丙氨酸解氨酶可使毕赤酵母将自身产生的L-苯丙氨酸、L-酪氨酸转化为肉桂酸(38.8 mg/L)、对香豆酸(34.2 mg/L),而通过过表达相关酶进行优化,最终肉桂酸和对香豆酸的产量分别达到124.1 mg/L和302.0 mg/L。结论:利用新的异源宿主毕赤酵母成功合成了肉桂酸、对香豆酸,并对胞内的芳香族氨基酸生物合成途径进行了优化,表明毕赤酵母具有生产黄酮类化合物的应用潜力,也为其他芳香族氨基酸衍生物或植物化合物在毕赤酵母中的异源合成奠定了基础。     

大肠杆菌tktA基因的克隆表达

tktA是芳香族氨基酸生物合成共同途径的关键酶基因之一,在大肠杆菌中,tktA编码转酮酶A,在磷酸戊糖途径生成4－磷酸赤藓糖中起主要作用。采用PCR方法从大肠杆菌K－12株中扩增到tktA,并实现了高效表达,tktA活性提高了3．9倍,并且使芳香族氨基酸生物合成共同途径中关键中间产物DAHP的产量有所提高。     

大肠杆菌ppsA和tktA基因的串联表达

ppsA和tktA是芳香族氨基酸生物合成中心途径的两个关键酶基因,在大肠杆菌中,ppsA基因编码磷酸烯醇式丙酮酸合成酶A(PpsA),该酶催化丙酮酸合成磷酸烯醇式丙酮酸;tktA基因编码转酮酶A,该酶在磷酸戊糖途径中生成4-磷酸赤藓糖起主要作用。采用PCR方法从大肠杆菌K-12株中扩增到ppsA和tktA,并实现了两基因的高效表达,其中ppsA活性提高了10．8倍,tktA活性提高了3．9倍,当这两个基因串联在一个质粒上导入大肠杆菌进行表达时,PpsA的活性变化较大(2．1～9．1倍),TktA的活性相对稳定(3．9～4．5倍),且这两个基因单独表达和串联表达都能使芳香族氨基酸生物合成共同途径中关键中间产物DAHP的产量提高,且串联表达比单独表达较高。     

转酮醇酶及其工业应用

转酮醇酶是磷酸戊糖途径的关键酶,催化二碳单元在酮糖（供体）和醛糖（受体）间的转移。本文综述了该酶的工业生产及应用领域,如乙醇生产,芳香族氨基酸和手性物质的生物合成等。     

芳香族异戊烯转移酶的研究进展

异戊烯基转移酶（prenyltransferase）催化异戊烯基转移至异戊烯单元、芳香环或蛋白质上。芳香族异戊烯基转移酶将异戊烯单元融入含有芳环的化合物,从而形成具有重要生物学功能的各类活性分子,如泛醌、质体醌、维生素E、异戊烯黄酮类以及真菌代谢物等。该文综述了近年来植物和真菌芳香族异戊烯转移酶的分子生物学研究进展,包括膜结合的参与质体醌生物合成的homogentisate solanesyltransferase、参与维生素E生物合成的homogentisate phytyltransferase、类黄酮异戊烯转移酶（flavonoid prenyltransferase）和可溶性的真菌吲哚异戊烯转移酶等。     

L-苯丙氨酸生产的代谢工程研究

L-苯丙氨酸是一种重要的食品和医药中间体。工业上一般采用酶法和发酵法来生产L-苯丙氨酸。代谢工程的兴起,使得更加理性的改造菌株成为可能,这更加促进了发酵法的广泛应用。主要介绍了代谢工程在L-苯丙氨酸生产菌的改造中的应用情况,其中涉及苯丙氨酸生物合成途径中相关基因及其酶的调控、中央代谢途径的改造和芳香族氨基酸生物合成支路的修饰。并探讨了将来的发展前景。     

主编导读

本期主要围绕酶的理性设计 (酶的祖先序列重建、酶的虚拟计算改造以及亲和标签影响)、氨基酸衍生转化产物 ((S)-2-羟基丁酸、l-2-氨基丁酸、5-氨基乙酰丙酸)、芳香族系列化合物 (黑色素、多巴胺、羟基酪醇) 的生物合成、功能糖与食品安全 (d-阿洛酮糖、α-葡聚糖、生物胺的降解) 等研究论文进行点评。本期多个产品的生物合成产量达到了公开报道的最高水平,感谢相关作者选择《生物工程学报》作为发表这些成果的期刊,并期待更多作者在《生物工程学报》上发表兼具创新性和实用性的研究成果。     

体外法研究猪后肠道对芳香族氨基酸的发酵特性

【目的】采用体外发酵技术探究芳香族氨基酸在猪后肠的发酵特性。【方法】以杜×长×大育肥猪回肠、盲肠和结肠食糜为接种物,接种于10 mmol/L单一氨基酸的培养基中,37 o C培养24 h,测定4、8、12、16和24 h的产气量(GP),采集0 h和24 h样品,测定样品中的氨氮(NH3-N)和微生物蛋白(MCP)浓度,利用变性梯度凝胶电泳技术(DGGE)和Real-time PCR定量技术分析体外培养中参与代谢特定氨基酸的细菌组成及数量。【结果】不同芳香族氨基酸的发酵液中NH3-N和MCP浓度存在极显著差异(P0.01),肠段对GP、NH3-N和MCP影响极显著(P0.01),且芳香族氨基酸与肠段对GP、NH3-N和MCP浓度均存在交互作用(P0.01)。定量PCR表明,芳香族氨基酸和肠段均显著影响发酵液中总菌数量(P0.05)。DGGE分析显示,同一肠段不同芳香族氨基酸组的细菌群落结构具有高度的相似性,其中回肠Phe组和Tyr组、结肠Tyr组和Trp组的相似性分别高达87.9%和80.5%,盲肠和结肠微生物香农指数变化显著(P0.05)。【结论】不同芳香族氨基酸的肠道代谢菌具有差异性,与Trp和Phe相比,Tyr的盲肠和结肠代谢菌多样性较低,与Trp和Tyr相比,Phe更多地合成菌体;特定芳香族氨基酸的不同肠道发酵去向不同,与回肠和盲肠比,结肠中芳香族氨基酸更多地合成菌体。     

泛酸的功能和生物合成

泛酸是辅酶A(CoA)和酰基载体蛋白(ACP)生物合成的重要前体物质,参与生物体内碳水化合物、脂肪酸、蛋白质和能量代谢.在人体中还参与类固醇,褪黑激素、抗体和亚铁血红素的合成.生物体内的泛酸合成是由酮泛解酸羟甲基转移酶(PanB),酮泛解酸还原酶(PanE),L-天冬氨酸-α-脱羧酶(PanD)和泛酸合成酶(PanC)四种酶协同催化下完成的.由于泛酸合成途径只存在于植物和低等生物中,选择该生物合成途径酶作为药物靶点将会有高度的选择性.本文综述了泛酸的功能和已经研究清楚大肠杆菌和分支结核杆菌中的泛酸生物合成途径所涉及的酶的结构和特性.     

Gch在喋啶代谢通路中参与鱼类体色形成的研究

鸟苷三磷酸环化水解酶 (GTP cyclohydrolase,Gch)是具有GTP-cyclohydro结构域的蛋白酶,广泛存在于脊椎动物和无脊椎动物中。哺乳动物和鸟类中只具有Gch1,硬骨鱼类和两栖动物中Gch1存在旁系同源的Gch2和Gch3,且功能存在差异。Gch是以鸟苷三磷酸为底物,最终形成四氢生物蝶呤(tetrahydrobiopterin,BH4)的限速酶,而BH4是芳香族氨基酸羟化酶必须的辅助因子,参与多种激素和神经递质的合成。Gch是催化各种蝶呤生物合成的起始步骤,例如皮肤色素、眼色素、甲氨蝶呤、叶黄酸和BH4等,在体内一系列生理病理过程中发挥重要作用。Gch的生理功能与BH4的生物合成有着不可分割的联系,作为BH4生物合成的唯一限速酶,其活性可作为神经元和色素细胞的发育指示物,也是研究色素形成和神经递质生物合成的重要标志。目前,Gch在肿瘤和心血管等疾病的发病机制方面已获得广泛关注和解析,而色素合成和体色调控的作用研究多集中在昆虫方面,在硬骨鱼类中较少。因此,本文将重点对Gch基因、蛋白质、功能以及在鱼类体色方面中的作用进行总结归纳,对深入分析Gch在鱼类体色形成中的作用及后期鱼类体色改良具有重要的指导意义。     

酯酶同工酶多态性及其在昆虫分类学中的应用价值

同工酶 (isozyme)是具有相同或相似的催化功能而分子结构不同的一类酶。自从 Hunter和 Markert[1] 创立了同工酶酶谱 (zymogram)技术以来 ,同工酶的研究得到了很大的发展 ,酶谱的变化已作为鉴定物种、研究分类与进化、遗传与变异的重要指标。酯酶同工酶 (esterase isozyme)是能水解酯键的一组酶 ,在生物体内广泛存在。许多实验证明 :它在种系的鉴定中具有很重要的参考价值。本文旨在对其分类学价值进行探讨。1　酯酶的定义和分类酯酶 (esterase)是催化酯类化合物水解的酶系 ,其作用是水解脂肪族酯 (aliphatic ester)和芳香族酯 (aromatic e…     

植物腺苷甲硫氨酸脱羧酶研究进展

多胺对植物生长发育的调控以及生物或非生物逆境胁迫反应中起着重要的作用.腺苷甲硫氨酸脱羧酶(S-adenosylmethionine decarboxylase,SAMDC)是植物体多胺生物合成途径中一个关键酶,催化腺苷甲硫氨酸(S-adenosylmethionine,SAM)形成脱羧的SAM,为多胺生物合成提供氨丙基供体.现对植物中SAMDC的种类、SAMDC基因的特征以及功能研究现状进行了综述.     

漆酶介导生物体内酚类氧化偶联的基本原理及其在绿色合成中的应用

漆酶(Laccase,p-diphenol dioxygen oxidoreductases,EC 1.10.3.2)是一类包含三核铜簇位点的多酚氧化还原酶,广泛存在于细菌、真菌、高等植物和昆虫体内。该类酶不仅能够促进生态系统中高分子木质素和腐殖质聚合物的生物分解,还可以催化有机体内单酚和多酚类化合物参与黑色素、木质素、黄酮类和角质层等功能酚聚合物的生物合成。漆酶介导有机物的分解代谢和合成代谢机制有益于生态环境中碳循环和生物形态发生变化。在生物体内,漆酶催化天然酚类单电子氧化形成苯氧活性自由基或醌类中间体,随后这些活性中间体发生自我偶联或交叉偶联反应,生成多种结构复杂的大分子C-C、C-O-C或C-N-C功能聚合产物。因此,通过人工模拟漆酶催化生物体内的绿色合成代谢机理和路径,合理设计和定向改造漆酶在生物体外催化酚类底物偶联形成大分子功能聚合产物的结构和特性,有望为拓展和研发漆酶在绿色合成化学中的多功能应用提供丰富的参考价值和新颖的见解思路。     

新发现的氨基酰-tRNA合成酶的非经典功能

<正>氨基酰-tRNA合成酶(aminoacyl-tRNAsynthetase,aaRS)家族是进化上极为古老的酶类,广泛存在于生物体中,参与生物体内的遗传解码过程。它们负责催化氨基酸与其对应tRNA之间的酯化反应生成氨基酰-tRNA,为生物体内的蛋白质合成提供     

鉴别杰多霉素生物合成后修饰氧化酶JadH中参与底物结合或催化的关键残基

JadH是羟化脱水双功能酶,参与杰多霉素生物合成中的聚酮后修饰反应,将2,3-dehydro-UWM6催化为dehydrorabelomycin。为了分析杰多霉素生物合成途径中后修饰氧化酶JadH结合、催化底物的关键氨基酸,构建了JadH与底物复合物的三维结构模型。利用该模型并结合JadH同源蛋白氨基酸序列比对分析,推测出JadH活性中心中可能参与底物结合或催化的关键氨基酸(R50、G51、L52、G53、F100、R221、I223、P295和G298)。通过定点突变及体外酶学实验对这些位点的突变体的催化活性进行评价,结果显示这些突变株活性均显著低于野生型,表明这9个氨基酸是JadH参与底物结合或催化的关键氨基酸。