凝乳酶原(凝乳酶)二硫键Cys206-Cys210的定位突变

在对凝乳酶原二硫键Cys206\|Cys210进行定位突变过程中发现,在相应的模板序列中有自身形成自由能为-16.1kcal/mol的茎环结构倾向,妨碍与引物结合,从而难以合成突变的DNA,采用快退火可解决此矛盾。5个突变基因均能在大肠杆菌中高效表达,除C206A外,约占细胞总蛋白的50%左右。突变体的复性结果表明,Cys206\|Cys210对凝乳酶原正确折叠不是绝对必需的,但相应位置的氨基酸取代对复性效率有显著影响,在5个突变体中,C206A/C210A的复性率分别为C206S/C210S\,C210A\,C210S的4.5倍、20倍和30倍,而C206A完全不能复性。C206A/C210A与C206S/C210S的远紫外CD光谱与野生型基本相同,其荧光发射光谱与野生型相比最大发射峰不变,而荧光强度有显著增加。由于上述3个蛋白具有相同比活,说明突变分子能形成具有生物活性的空间构象,而只是某些色氨酸残基微环境受到微扰。     

凝乳酶原（凝乳酶）二硫键Ｃys206—Cys210的定位突变

在对凝乳酶原二硫键Ｃys206-Cys210进行定位突变过程中发现,在相应的模板序列中有自身形成自由能为－１６．１kcal/mol的茎环结构倾向,妨碍与引物结合,从而难以合成突变的ＤＮＡ,采用快退火可解决此矛盾。５个突变基因均能在大肠杆菌中高效表达,除Ｃ２０６Ａ外,约占细胞总蛋白的５０％左右,突变的复性结果表明,Ｃys206-Cys210对凝乳酶原正确折叠不是绝对必需的,但相应位置的氨基酸取代对复性效率有显著影响,在５个突变体中,Ｃ２０６Ａ／Ｃ２１０Ａ的复性率分别为Ｃ２０６Ｓ／Ｃ２１０Ｓ、Ｃ２１０Ａ、Ｃ２１０Ｓ的４．５倍、２０倍和３０倍,而C206A不能复性。Ｃ２０６Ａ／Ｃ２１０Ａ与Ｃ２０６Ｓ／Ｃ２１０Ｓ的远紫外ＣＤ光谱与野生型基本相同,其荧光发射光谱与野生型相比最大发射峰不变,而荧光强度有显著增加由于上述３个蛋白具有相同比活,说明突变分子能形成具有生物活性的空间构象,而只是某些色氨酸残基微环境受到微扰。     

牛凝乳酶的结晶及其二硫键的化学修饰

为了配合凝乳酶的蛋白质工程,围绕酶的纯化,结晶和二硫键的化学修饰进行了研究。实验结果表明采用FPLC Mono Q柱代替DEAE-纤维素柱层析可以提高同工酶A,B及其降解组分C的分离效果并缩短纯化时间。以10mg／ml的纯凝乳酶B为出发材料,在4℃1．4—2．0mol／L氯化钠条件下进行培养可以获得外形近似为正立方体晶体。化学修饰的结果证明,凝乳酶的三对二硫键处于酶分子不同的空间部位。0．72mmol／L DTT在Ph6．3条件下能还原处于分子表面的一对二硫键,经溴化氰降解分肽测定为Ｃys²⁵⁰-Cys²⁸³,还原后引起活力下降25％。在二硫键之间引入汞原子其活力与还原酶,羧甲基化酶的活力大体相同,说明Cys²⁵⁰-Cys²⁸³在维持凝乳酶具有活力的空间构象中起着一定的作用。     

Cys146-Cys146分子间二硫键在人瘦素二聚化过程中起主导作用

在前期研究中,已发现人瘦素（leptin）在体外再折叠过程中会形成稳定的二聚体,但其二聚化机制尚不清楚. 本研究旨在分析瘦素二聚体的结构特性,并重点研究体外再折叠过程中瘦素二聚化的机制. 相较与瘦素单体,瘦素二聚体保留了约75％免疫活性及15％受体结合活性,同时显示出明显慢的天然电泳迁移率. 圆二色性分析显示,二聚体基本保留了单体α螺旋索结构特征. 还原性及非还原性凝胶电泳分析和自由巯基测定结果表明,瘦素二聚体是由一对分子间二硫键连接2个单体而成的.为了确定瘦素二聚化过程中起主导作用的分子间二硫键,利用PCR定点突变技术构建了C96S和C146S两个突变体瘦素. 通过分析C96S及C146S突变体瘦素的体外再折叠特性及过程,并与野生型瘦素相比较,揭示C96S瘦素的二聚体显示出与野生型瘦素二聚体相似的特性,而C146S瘦素不能形成结构稳定的二聚体. 以上研究结果表明,Cys146-Cys146分子间二硫键在人瘦素二聚化过程中起主导作用.     

牛凝乳酶原基因在大肠杆菌中的表达

以Tac为启动子构建了牛凝乳酶原B基因表达质粒pTaAc,转化大肠杆菌JMl05,对数生长期加入O．1mmo1／L IPTG能明显诱导凝乳酶原的产生。基因表达除受IPTG的影响外,也受温度的调节控制。在30℃培养,IPTG存在时,凝乳酶原产量极低j在42℃无IPTG的条件下,基因也能表达。按电泳扫描计算凝乳酶原蛋白占细胞可溶性总蛋白量的12～19％,按ELISA法测定凝乳酶原产量为80～100mg／L,经变性、复性及酸化有活性的凝乳酶产量为14—20mg/L。     

蛋白质二硫键异构酶家族的结构与功能

蛋白质二硫键异构酶（protein disulfide isomerase,PDI）家族是一类在内质网中起作用的巯基-二硫键氧化还原酶.它们通常含有CXXC（Cys-Xaa-Xaa-Cys,CXXC）活性位点,活性位点的两个半胱氨酸残基可催化底物二硫键的形成、异构及还原.所有PDI家族成员包含至少一个约100个氨基酸残基的硫氧还蛋白同源结构域.PDI家族的主要职能是催化内质网中新生肽链的氧化折叠,另外在内质网相关的蛋白质降解途径（ERAD）、蛋白质转运、钙稳态、抗原提呈及病毒入侵等方面也起重要作用.     

双峰驼凝乳酶原基因的生物信息学分析

通过生物信息学的方法对双峰驼凝乳酶原基因及相应的氨基酸序列的同源性、理化性质、保守结构域、亚细胞定位、信号肽、跨膜结构域、亲水性/疏水性、二级结构进行预测分析.结果表明,双峰驼凝乳酶原基因开放阅读框全长1 146 bp,编码381个氨基酸,属于胃蛋白酶A超家族,预测定位于内质网（膜）的稳定亲水性蛋白,具有一个16个氨基酸的信号肽,其不含跨膜结构域.无规卷曲是其二级结构中最大量的结构元件,α螺旋和延抻链分散于整个蛋白质中,活性位点的分析表明,编码蛋白有6类活性位点.分析双峰驼凝乳酶原基因及其编码蛋白质的特征,能够为深入开展双峰驼凝乳酶的表达和凝乳特性研究提供理论依据.     

A7—B7二硫键缺失对胰岛素原重折叠及结构的影响

为研究A7 B7二硫键在胰岛素原结构和折叠中的作用 ,构建了A7 B7二硫键缺失的胰岛素原突变体 ,研究了其与野生型胰岛素原在体外重折叠产率、自由巯基氧化速度、CD谱、受体及抗体结合活性 ,以及对胰蛋白酶酶切敏感性的差别。结果表明 ,A7 B7二硫键缺失可导致胰岛素原α 螺旋明显减少以及对胰蛋白酶的酶切敏感性显著增加 ,其对胰岛素原结构的影响主要导致了受体结合活性的大幅度降低。突变体在体外重折叠 1h后巯基氧化速率较野生型明显减慢 ,但其最终折叠产率与野生型相当。由此提出一个胰岛素原折叠的可能途径 ,即A链链内二硫键最先形成 ,然后是两对链间二硫键。且A2 0 B19二硫键比A7 B7二硫键很可能先形成 ,在折叠中更重要。     

牛凝乳酶原基因在大肠杆菌中表达调控的研究

Shine-Dalgarno序列与起始密码子之问的距离与组成对凝乳酶原基因表达有明显的影响,可导致其表达水平有15倍之差。SD序列至ATG之间为15bp不利于表达,表达质粒中sD-ATG在7-11bp之间都有可能获得高效表达;但决定因素不是简单的长度,而是RBS附近可能的二级结构即△G的大小、SD序列及ATG中参与配对的碱基数目。将pTLC23中凝乳酶原cDNA3＇端端非翻译区插入终止密码子TGA与转录终止子rrnBT₁T₂之间适当位置可提高凝乳酶原基因的表达,这可能是因为这段序列能形成由53个碱基对和8个碱基组成的稳定的mRNA二级结构,起到转录终止子的作用,而一般认为串联终止子对终止转录更为有效。     

凝乳酶原mRNA的分离及其cDNA克隆的鉴定

用异硫氰酸胍法从牛胃粘膜组织中分离到poly(A)RNA。经电泳分析、体外翻译活性分析及No rIhern转移杂交分析,结果表明,poly(A)RNA中含有完整的,具有生物活性的凝乳酶原mRNA,大小为16S。从poly(A)RNA建立的cDNA库中,以C500-pepsinogen为探针进行初级筛选,集中阳性克隆成为凝乳酶原和相关胃蛋白酶原cDNA富集库。从寓集库中选出插入片段带有凝乳酶原基因所特有的EcoRI切点的19个克隆。经限制性内切酶谱分析确定pcT 5为凝乳酶原基因克隆,其5’端缺少80bP。以pCT 5的插入片段为探针,从cDNA库中进一步筛选得到pCTl5。酶谱分析表明,pcTl5的两端均足以覆盖编码区域,而在917位左右约有110bP的缺失。从而不仅充分证明了分离的poly(A)RNA中含有全链长的凝乳酶原mRNA,而且还可通过拼接pCT5及pCTl5获得完整的凝乳酶原基因。     

牛凝乳酶原基因克隆及序列的进化分析

利用RT-PCR克隆获得牛凝乳酶原基因的cDNA序列, 测序后与GenBank中凝乳酶原基因进行序列比对和生物信息学分析。序列比对统计分析显示, 该基因为牛凝乳酶原B基因, 与已知牛和其他哺乳动物的凝乳酶原基因具有很高的同源性,18种哺乳动物凝乳酶原基因密码子一、二、三位点的碱基偏倚度分别为：6.227、1.042和1.456。这表明该基因具有整体保守性和突变位点偏倚性两个特征, 可以作为哺乳动物系统进化的研究对象。采用多种方法构建的该基因系统进化树一致表明, 偶蹄动物与灵长动物的亲缘关系比偶蹄动物与啮齿动物的亲缘关系更近, 比偶蹄动物与食肉动物的亲缘关系更远, 并且18种哺乳动物的亲缘关系与动物种系进化关系一致, 为哺乳动物系统进化关系研究提供了分子水平的佐证和依据。     

碱性条件下溶解包涵体提高凝乳酶原复性率的机制

重组凝乳酶原的复性效率不仅依赖于复性条件,而且与包涵体的溶解条件(即变性条件)有关.含有凝乳酶原的包涵体在pH11,8mol/L脲中溶解后,其复性率较在pH8,8mol/L脲中溶解的可提高1倍,由20%左右提高到40%左右.其机制是碱性条件有利于破坏分子间交联的二硫键从而增加凝乳酶原的溶解度.更为重要的是碱性条件使凝乳酶原分子处于一种还原性更强更为伸展的状态,这种状态容易进行正确再折叠.     

牛凝乳酶原基因在乳酸乳球菌中的表达

【目的】利用乳酸乳球菌nisin诱导基因表达系统(the NIsin Controlled gene Expression system,NICE)表达牛凝乳酶原。【方法】从克隆载体pS19-PPC中获得牛凝乳酶原基因,将该基因与表达载体pNZ8148连接并电转化乳酸乳球菌NZ9000,转化子经酶切、PCR和测序鉴定后,用nisin进行诱导表达,表达产物利用SDS-PAGE和Western blot鉴定,表达产物纯化后检测凝乳活性。【结果】重组牛凝乳酶原与天然牛凝乳酶原比较,其分子量大小、免疫性质、生物活性和抑制剂敏感性没有发现显著差异,其凝乳活性可达2×103IMCU/mL。【结论】在乳酸乳球菌中表达了具有凝乳活性的牛凝乳酶原,同时乳酸乳球菌作为发酵剂和凝乳酶产生菌双重角色的实现,为奶酪加工提供了新思路和新方法。     

凝乳酶β-转角突变体的构建、表达和性质分析

为了阐明牛凝乳酶的第二个发夹结构中的Ⅵ型β-转角的功能,利用基因突变技术,将该转角的氨基酸残基(Leu20-Gly21-The22-Pro23-Pro24-Gln25)改为(Leu20-Gly-Gly-Gln25)、(Leu20SerGlyGln25)或(Leu20GlySerGln25),得到3个突变牛凝乳酶原表达质粒Pmcgg,Pmcsg和Pmcgs。除Pmcgs不能在大肠杆菌中表达外,Pmcgg和Pmcsg均能以包含体的形式进行表达,且表达水平与野生型相当。像野生型凝乳酶原一样,Pmcgg和Pmcsg的表达产物经过变性复性,均能自活化为假凝乳酶,而且复性后的酶原突变体在DEAESepharose CL6B上的柱行为与野生型相类似,但突变体假凝乳酶的凝乳及水解酪蛋白活性均明显低于野生型。说明突变对酶原的折叠影响较小,但对酶的催化效率影响较大。     

二硫键与蛋白质的结构

二硫键是肽链上2个半胱氨酸残基的巯基基团发生氧化反应形成的共价键．具有链内二硫键和链间二硫键2种形式。与氨基酸的氨基氮原子之间形成的稳定共价键不同．二硫键容易被还原而断裂,断裂后可再次氧化重新形成二硫键,因而是可以动态变化的化学键。二硫键是参与一级结构也是形成高级结构的重要化学键,对蛋白质折叠和高级结构的形成与维持十分重要。讨论了二硫键的形成和特征及其与蛋白质结构和功能之间的关系,并讨论了生物学教学中关于二硫键的一些疑问．     

牛凝乳酶原基因的合成及其在乳酸克鲁维酵母中的表达

凝乳酶在奶酪加工中应用广泛,为获得高活性的凝乳酶制剂,采用乳酸克鲁维酵母为宿主,首次对经密码子优化的牛凝乳酶原基因进行表达。利用DNAWorks3.0软件辅助设计,用两步PCR法合成了小牛凝乳酶原基因(GenBank Accession No.AA30448)。将该基因插入酵母表达载体pKLAC1,构建了重组载体pKLAC1-Prochy,并用电脉冲法将线性化的重组质粒转化到乳酸克鲁维酵母GG799中。通过含1%酪蛋白的YEPD平板活性筛选,PCR鉴定,最后获得了一株多拷贝整合的基因工程菌chy1。该菌株可分泌表达牛凝乳酶原,经SDS-PAGE分析,证明重组牛凝乳酶原的分子量约为41kDa,符合预期大小,酸化处理后为36kDa,证明可以正确自我剪切。液体培养96h后,酶活最高达到99.67SU/mL。分别以半乳糖和葡萄糖为碳源的条件下表达,其酶活性差异不大,说明在发酵期间,可以不经过半乳糖诱导即可产生高水平的牛凝乳酶原产物。该工程菌的获得为进一步优化产酶条件及放大工艺提供了条件,并为凝乳酶的工业化生产奠定了基础。     

凝乳酶β-转角突变体的构建、表达和性质分析

为了阐明牛凝乳酶的第二个发夹结构中的Ⅵ型β转角的功能,利用基因突变技术,将该转角的氨基酸残基（Ｌｅｕ２０Ｇｌｙ２１Ｔｈｅ２２Ｐｒｏ２３Ｐｒｏ２４Ｇｌｎ２５）改为（Ｌｅｕ２０ＧｌｙＧｌｙＧｌｎ２５）、（Ｌｅｕ２０ＳｅｒＧｌｙＧｌｎ２５）或（Ｌｅｕ２０ＧｌｙＳｅｒＧｌｎ２５）,得到３个突变牛凝乳酶原表达质粒ｐＭＣＧＧ,ｐＭＣＳＧ和ｐＭＣＧＳ。除ｐＭＣＧＳ不能在大肠杆菌中表达外,ｐＭＣＧＧ和ｐＭＣＳＧ均能以包含体的形式进行表达,且表达水平与野生型相当。像野生型凝乳酶原一样,ｐＭＣＧＧ和ｐＭＣＳＧ的表达产物经过变性复性,均能自活化为假凝乳酶,而且复性后的酶原突变体在ＤＥＡＥＳｅｐｈａｒｏｓｅＣＬ６Ｂ上的柱行为与野生型相类似,但突变体假凝乳酶的凝乳及水解酪蛋白活性均明显低于野生型。说明突变对酶原的折叠影响较小,但对酶的催化效率影响较大。     

蛋白质二硫键异构酶相关蛋白A的表达及性质的研究

克隆了Aspergillus niger T21中的蛋白质二硫键异构酶相关蛋白A（PRPA）基因,并将它插入pET23b表达载体。在E. coli中表达时,PRPA占菌体总蛋白的34%。经过超声破细胞、硫酸铵分级沉淀和离子交换层析获得了纯度大于90%的重组蛋白。PRPA有二硫键异构酶活性。在PRPA存在下,变性和还原的溶菌酶复性率和复性速度降低,电泳结果表明溶菌酶聚集增多。荧光结果表明PRPA表面有较多的疏水基团。     

蛋白质二硫键异构酶的结构及抑制剂研究进展

蛋白质二硫键异构酶(PDI)可催化二硫键的形成、断裂和重排,并促进蛋白质折叠,对稳定蛋白质的三维结构至关重要. PDI的表达或酶活性的失调与一系列疾病如癌症、神经退行性疾病、血栓形成等密切相关.本文综述了PDI结构、与疾病的关系及其抑制剂的研究进展,并指出目前PDI抑制剂存在的问题及未来发展方向,以期为PDI抑制剂的进一步研究提供参考.