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。     

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。     

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。     

卤代烷烃脱卤酶基因在拟南芥中反式失活系统的建立

以细菌Xanthobacter autotrophicus卤代烷烃脱卤酶基因为遗传负选择标记,建立了该基因在拟南芥中反式失活的实验系统,在卤代[烷烃脱卤酶转基因的拟南芥中,有1株表现为转基因失活,离体核run-off转录实验表明为基因转录后沉默（这里特指沉默位点）,用这一转基因沉墨植株与同源转基因高效表达植株（这里特指同源转基因位点）杂交,结果96％的F1代植表现为同源基因反式失活,将F1代植株自交,使部分沉默位点与反式失活的同源转基因位点分离,结果200株子代中有42株表现DhlA活性,158株无DhlA活性,即 dhlA沉默植株与表达植株之比为3．76：1,表明沉默位点是以孟德尔显性因子方式使同源转基因位点反式失活的。     

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.     

细菌卤代烷烃脱卤酶基因在拟南芥菜中的高效表达

报道了细菌Xanthobacter autotrophicus编码卤代烷烃脱卤酶基因在拟南芥菜中的高效表达。以土壤农杆菌介导将该基因整合到拟南芥菜基因组中,经数代筛选得到了转基因纯合种子,Northern印迹和气相色谱检测表明,转基因的表达程度很高,酶量占细胞总可溶性蛋白的8%,酶活力达7.8mU·ml^-1提取物。转基因植株在含二氯乙烷的培养基上不能生长。     

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.     

解纤维素热酸菌来源的耐热磷酸酶的酶学性质与应用

卤代酸脱卤酶(HAD)超家族的磷酸酶,其底物谱广泛,催化功能多样,因此鉴别和表征耐热的磷酸酶对于其在生物制品生产中的应用具有重要意义.对解纤维素热酸菌(Acidothermus cellulolyticus)来源的磷酸酶(AcPase)进行研究,将其基因经密码子偏好性优化后,在E.coliRosetta(DE3)中进行...     

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。     

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。