SAM自由基酶研究进展:新反应与新机制

S-腺苷-L-蛋氨酸(S-adenosyl-L-methionine, SAM)自由基酶是当今酶学领域的研究热点.该类酶通过结合的辅因子SAM和[4Fe-4S]簇催化生物体中一系列重要的自由基反应,自2001年被正式命名以来,成员不断壮大,目前已成为最大的酶家族之一.近年来, SAM自由基酶领域有大量新反应和新催化机制被报道.本文对近5年部分代表性成果进行酶催化机制的介绍,内容涉及核糖体肽翻译后修饰、核苷类化合物以及多种小分子生物合成.通过底物分类,让读者更容易理解SAM自由基酶催化反应的广泛性与多样性.同时对该领域新发现的新颖的有机金属催化自由基反应机制进行了介绍,并对SAM自由基酶领域的未来发展方向进行展望.     

微生物细胞工厂

微生物细胞工厂是合成生物学的重要研究方向之一.本文以微生物细胞工厂的产业应用为需求牵引,从物质代谢和能量代谢两方面系统阐述了细胞工厂的合成代谢调控机制,为高效细胞工厂创建奠定了理论基础.本团队在物质代谢方面,建立了新酶元件挖掘技术平台,完成了一系列三萜化合物的合成途径解析;开发了染色体多基因文库调控、糖基化酶碱基编辑器(glycosylase base editor, GBE)等途径精准调控使能技术,完成一系列化学品合成途径限速步骤的鉴定,解决了元件与合成途径的适配问题.在能量代谢方面,设计创建了4种葡萄糖新型能量代谢模式,解决了合成途径还原力供给与需求不平衡的问题.在此基础上,创建出一系列微生物细胞工厂, 14个化学品完成技术转让,其中4个化学品实现万吨级产业化,支撑一家企业在科创板上市,推动了微生物细胞工厂的产业应用.最后,对未来微生物细胞工厂的研究进行了展望.     

鸡心脱血红素细胞色素c的构象与跨膜运送能力的相关性

线粒体的自主性很小,它的大多数蛋白质都是由核基因编码,在细胞质核糖体上以前体形式合成的,之后再通过跨膜运送到达线粒体各个部位。这些前体都有一段导肽,在跨膜后被水解形成‘成熟’型的分子.但线粒体呼吸链组分之一——细胞色素c却不同,它的前体——脱血红素细胞色素c(apo-     

HeLa细胞的核仁骨架

核仁是rRNA前体合成及核糖体装配的场所.核仁内部结构是由许多拷贝的rDNA,rRNA及若干种蛋白质所组成.rRNA前体的加工过程也在核仁内部进行并且与一些非核糖体蛋白有关.80年代中期,科学家们根据一些实验推测核仁中除了存在大量rRNA转录前体及前核糖体颗粒外,还存在一个由蛋白质组成的支架结构,它在决定rRNA基因的空间分布及转运中可能起作用,这种结构就称为核仁骨架(nucleolar skeleton)或核仁基质(nucleolar ma-     

金属有机化学

一般所说的有机化合物,指的是含有碳-氢、碳-碳或者还含有碳-氧、碳-氮、碳卤等键的化合物.金属有机化合物,指的是含有金属-碳键的化合物.这种金属-碳键可以是σ-键、π-键或夹心键. 金属有机化学是一门古老而又年青的学科.说它古老,可以追溯到1827年丹麦的蔡斯(Zeise)合成了     

线粒体RNA m3C修饰酶METTL8的修饰机制和底物特异性

<正>tRNA是遗传信息传递的关键生物大分子之一.在核糖体中,tRNA的反密码子通过与mRNA的三联体密码子互补配对,从而将其携带的氨基酸掺入到新合成的肽链中,对遗传信息的精准传递具有重要作用^[1].tRNA上存在着大量的转录后核苷酸修饰^[2].目前已有120多种tRNA修饰被鉴定出来,它们存在于12%～20%的tRNA核苷酸碱基上^[3,4].tRNA上存在的这些修饰参与并调控一系列生命过程^[5].众多的修饰能够维持tRNA结构、提高tRNA稳定性、促进反密码子与密码子的精确配对等,在多种生命活动中发挥作用^[6,7].     

莲子叶细胞中淀粉质体核糖体的观察和分离

莲胚子叶细胞的淀粉质体在原质体时期就能观察到似细胞质中的核糖体颗粒 ,随着发育时期的递增 ,质体中产生一些管状复合体膜和片层结构 ,在这些膜结构的疏松区和基质中存在着一些似细胞质中的核糖体颗粒 .在物质积累盛期 (受精后的15～20d) ,随着淀粉质体的进一步发育 ,大量的淀粉和DNA在这些质体中合成 .同时在这些质体中出现丰富的形态学上结构清晰的核糖体颗粒 ,其中有些形成螺旋状结构 .从受精后生长到16～18d的莲子叶中分离纯化淀粉质体 ,在蔗糖密度梯度离心中获得淀粉质体核糖体区带 ,并对其RNA和蛋白质含量进行了测定.     

(2R,3S)-(+)-2-乙基-2-(3′-羰基-4′E-烯)-己基-3-乙酰氧基-环戊酮的合成

甾体分子中引入7位甲基往往可以增加和改变其生理活性。例如7α,17α-二甲基-19-失碳睾丸酮(1)的抗生育活性比母体化合物为强并且没有雌激素活性。关于这类化合物的药理及半合成近年来已有不少报道,但全合成似只见Eder以光学活性的双环化合物(2)为起始原料来合成7α和7β甲基雌激素类似物。本文报道一个含有相当于甾体7-甲基的新的     

代谢工程改造酿酒酵母底盘细胞

酿酒酵母是合成多种天然产物的微生物细胞工厂,合理利用酿酒酵母底盘细胞内源的代谢途径可生产高附加值的生物医药、食品保健和精细化学品类产物.如何精细调控和优化酿酒酵母胞内代谢流是实现目标化学物高产量、高产率和高转化的关键问题.乙酰辅酶A是中心代谢和天然产物合成的基本前体,精细调控乙酰辅酶A的合成是实现目标化合物高产的重要策略;改造酿酒酵母的甲羟戊酸途径,引入外源途径酶,表达萜类合成酶生产不同种类的萜类化合物;优化脂肪酸合成途径合成特定链长的脂肪酸及脂肪酸衍生物.本文总结了强化酿酒酵母中乙酰辅酶A积累的代谢工程策略,重构甲羟戊酸途径、脂肪酸途径从头合成天然萜类化合物和脂肪酸衍生物的研究进展,为利用酿酒酵母底盘细胞生产天然产物的相关研究提供代谢工程改造策略.     

莲子叶细胞中淀粉质体核糖体的观察和分离

莲胚子叶细胞的淀粉质体在原质体时期就能观察到似细胞质中的核糖体颗粒 ,随着发育时期的递增 ,质体中产生一些管状复合体膜和片层结构 ,在这些膜结构的疏松区和基质中存在着一些似细胞质中的核糖体颗粒 .在物质积累盛期 (受精后的 15～ 2 0d) ,随着淀粉质体的进一步发育 ,大量的淀粉和DNA在这些质体中合成 .同时在这些质体中出现丰富的形态学上结构清晰的核糖体颗粒 ,其中有些形成螺旋状结构 .从受精后生长到 16～ 18d的莲子叶中分离纯化淀粉质体 ,在蔗糖密度梯度离心中获得淀粉质体核糖体区带 ,并对其RNA和蛋白质含量进行了测定 .     

自然界发现催化[6+4]环加成反应的酶

<正>周环反应是一类不同于离子反应和自由基反应的通过环状过渡态进行的协同反应,如经典的Diels-Alder反应([4+2]环加成)、Cope-重排反应、Claisen-重排反应等,可以高效构建碳-碳和碳-杂原子键,在有机合成尤其是含有复杂多环骨架的天然产物的合成中有着广泛的应用.有意思的是,在天然产物的生物合成研究中,科学家经常推测通过周环反应途径实现相应的重要中间体或化合物的合成.虽然酶在其中的作用毋庸置疑,然而在过去的50多年     

叶绿体和线粒体的内共生起源学说

(6)肽酰 tRNA 转位酶蛋白质在核糖核蛋白体上合成的步骤:首先是氨基酰tRNA 结合到核糖核蛋白体的 A 位上。然后,原位于核糖核蛋白体 D 位上的肽酰 tRNA 中的多肽链与 A 位上的氨基酰 tRNA 起反应,形成了位于 A 位的肽酰 tRNA,但肽链增加了一个氨基酸。以后,在肽酰 tRNA 移位酶的参与下,肽酰 tRNA 又移回到 D 位上,以便与 A 位上新的氨基酰 tRNA 起反应。如此循环往复,蛋白质即逐步被合成出来。     

人胰岛素原C肽的合成及放射免疫测定

胰岛素原是胰岛素的前体,本身生物活力很低,只是在胰脏β-细胞中经酶解后才释放出胰岛素发挥其作用,同时也释放出一分子C肽和两对碱性氨基酸.人胰岛素原C肽部分是三十一肽,其他动物的C肽与人C肽的差异较大.尽管C肽的功能尚不清楚,但人体血浆中C肽含量是检测β-细胞释放胰岛素功能的最好指标.临床放射免疫(放免)方法测定血清中C肽含量已是许多国家糖尿病研究中较为重要的手段.放免建立的先决条件是具备天然的或合成的     

MOFs作为模板制备锂离子电池负极材料的研究进展

金属-有机框架(MOFs)材料具有易制备、易修饰、高孔隙率、大比表面积、多化学活性位点、可调孔径大小等优点,已被广泛应用于能源储存与转化相关领域.本文介绍了MOFs直接作为锂离子电池负极材料的研究现状,同时重点综述了MOFs衍生材料(多孔碳、过渡金属氧化物、金属氧化物/碳质复合材料、金属/金属氧化物)的制备方法及其在锂离子电池负极中的应用,提出了此类材料作为锂离子电池负极材料需要重视的问题和面临的挑战.通过高温煅烧或者可控的化学反应等方法,MOFs材料可以简单方便地转化为传统的无机功能材料(金属化合物或碳).这些材料具有结构可调和化学成分多样化等优点,可以进一步提升电化学性能.最后,展望例如MOFs衍生材料在电化学储能和转换的发展方向和应用前景,为定向合成此类材料在电化学方面的应用提供有意义的实验基础和理论价值.     

化学的新动向

企图仿造自然物质的合成化学家们的努力在过去10年中取得了显著成就,已经出现了对人造酶、光合物质和自动组合分子的设计。赖恩等人描述了对一类模仿DNA双螺旋结构的新化合物的配制过程。这些化合物的显著特点之一是通过线性前体与单价铜核相互     

四取代及二桥接四氮杂对环仿的合成

四氮杂对环仿(Tetraazaparacyclophane)是人工模拟酶研究中发现的一类新化合物,对这一类化合物的修饰,例如改变环的形状和大小或引入具有活性的基团,就有可能产生理想的酶模型.本文以1,8,22.29-四氮杂[8.1.8.1]对环仿(CP66)为原料,合成得到了4种未见文献报道的四取代四氮杂对环     

合成生物学优化微生物碳代谢过程中的碳保存与碳固定

随着化石资源的过度开发和利用,由CO₂过度排放引起的全球变暖已经引起全世界的高度关注,亟待找到可持续的替代解决方案.利用微生物作为细胞工厂,对天然碳代谢途径进行改造以实现更大程度的碳保留及利用天然碳固定途径和人工固碳途径,将碳源转化为可利用碳物质,是减少碳排放、缓解温室效应的有效途径.本文以微生物系统在其代谢过程中优化碳保存及碳固定的能力为主要标准,主要总结了近年来人工碳保留途径和人工固碳途径设计合成方面取得的进展,并进行了比较分析,讨论了以微生物作为细胞工厂实现绿色低碳可持续生产的价值.随着合成生物学的不断发展,越来越多的二氧化碳固定机制将被挖掘和开发,用于重构微生物代谢,实现高效的生物制造,开启工业脱碳的正循环.     

棕色固氮菌产生的钼配位化合物

在固氮酶的酶促反应中,过渡金属钼在活性部位起着重要作用.但是,钼在固氮酶中的功能及其配位化学迄今尚未彻底阐明.为探索其作用,曾用模型化合物和从固氮酶中提取低分子量的钼肽或钼辅因子来进行研究.本工作是用棕色固氮菌所产生的钼配位化合物     

N-乙酰乙酰基酰胺及其金属络合物的合成和成冰性能的研究(Ⅰ)

N-乙酰乙酰基酰胺化合物的合成,曾有过报道,但其金属络合物的合成尚未见报道。在我们前一篇文章中也发现含有两个羰基(β二酮)的金属络合物成冰阈温值多数高于碘化银(-4℃),我们的目的希望通过含有两个羰基的酰胺及其金属络合物阈温值的测定,进一步研究化合物结构与阈温的关系,发现其中四个酰胺化合物阈温值都在-3.5℃以上,相应的七个金属络合物均高于-3.0℃,多数在-2.0℃左右。     

有机酸催化不对称烷基化反应新进展

在有机分子催化的不对称合成领域,手性有机酸催化和有机胺催化是其中两个非常重要的研究方向.羰基化合物的-烷基化反应是形成碳碳键的重要合成策略.手性有机胺催化羰基化合物的不对称-烷基化反应已经有较多的研究报道,但是手性有机酸催化的该类反应还很少见.多