树干毕赤氏酵母木糖还原酶Lysine270突变的理性设计

木糖代谢过程中木糖还原酶（XR）和木糖醇脱氢酶（XDH）的氧化还原不平衡是利用纤维素生成酒精的关键问题之一.前期研究发现Lysine270是形成树干毕赤氏酵母木糖还原酶（P. stipitis XR）与NAD(P)结合口袋的关键氨基酸之一.为研究Lysine270对P. stipitis XR辅酶偏好性的影响,本研究将Lysine270用其它19种氨基酸替代,构建19种不同的XR突变子,利用同源建模和分子对接的方法评价不同突变子与NAD(P)之间的相互作用,并从中选择两个突变子K270R和K270N进行试验验证.树干毕赤氏酵母木糖还原酶K270R、K270N突变基因及野生基因WT-XYL1分别在大肠杆菌中进行了表达,表达后的蛋白经His-Tag纯化柱纯化后再进行辅酶偏好性及酶学性质研究.结果发现,Lysine270突变直接影响XR与NAD(P)的Km值,通过理性选择得到的K270N突变子的辅酶依赖性由NADPH完全逆转为NADH.     

高产木糖醇酵母菌的筛选鉴定及两级法发酵特性

从300多种土壤样品中进行筛选,最终得到10株可耐受300 g/L木糖的酵母菌株,且其木糖醇转化率超过64.0%.其中酵母菌株SB18在150 g/L木糖下的木糖醇转化率为68.5%,为相同条件下转化率最大的菌株,并经18SrDNA测序鉴定为热带假丝酵母.酶活测定结果显示SB18木糖还原酶主要依赖辅因子还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH),其酶活性远大于木糖醇脱氢酶活性.对SB18进行两级法发酵条件研究,确定补充氮源为尿素和酵母提取物,接种量为0.5 g/L,转速转换时间为36 h.在此条件下由250 g/L木糖摇瓶发酵252 h得到207.65 g/L木糖醇,转化率为83.1%,达到理论值的91.8%.本研究表明酵母菌SB18在高浓度木糖醇的工业生产中具有很大的应用潜力.     

计算机辅助木糖还原酶定点突变的生物信息学分析

木糖还原酶（xylose reductase,XR）是木糖代谢生成乙醇途径中一个重要的酶,目前利用纤维素生成酒精的关键问题之一：木糖代谢过程中XR和木糖醇脱氢酶（xylitol dehydrogenase,XDH）的氧化还原不平衡。本研究借助生物信息学手段（酶三维结构建模、酶和辅酶分子对接）,充分分析数据库资源,找到了一些可能影响XR酶活性或辅酶依赖性的关键氨基酸。毕赤氏酵母XR与NADP之间有Lys21（K）、Val222（V）、Glu223（E）、Phe236（F）和Thr273（T）;毕赤氏酵母XR与NAD之间有Val222（V）、Glu223（E）、Phe236（F）、Glu237（E）和Thr273（T）;热带假丝酵母XR与NADP之间有Asn278（N）和Arg282（R）。对比两种辅酶与毕赤氏酵母XR形成氢键的氨基酸,如果使毕赤氏酵母XR只与辅酶NAD结合,则可以将Lys21替换成其它的氨基酸,因Lys21在所有XR序列中完全保守,需要进行氨基酸替代模拟计算预实验,在确保酶三维结构不变及NAD可以结合XR的前提条件下替代Lys21;如果使毕赤氏酵母XR只与辅酶NADP结合,则可以将Glu237（不完全保守）替换成其它的氨基酸。另外,还可以根据需要将这些形成氢键的氨基酸进行组合替代。要改变热带假丝酵母XR的NADP依赖性,可以替代Asn278（N）和/或Arg282（R）（不完全保守）。本研究为进一步酶的理性设计（提高活性及改变辅酶依赖性）并在分子水平上对木糖还原酶进行改造打下了基础。     

木糖还原酶定点突变设计的生物信息学分析

木糖代谢过程中,木糖还原酶（XR）和木糖醇脱氢酶（XDH）的氧化还原不平衡是利用纤维素生成酒精的关键问题之一.文中借助生物信息学手段（同源建模、酶和辅酶分子对接）,通过分析数据库资源,找到了一些影响XR活性或辅酶依赖性的关键氨基酸.结果表明：树干毕赤氏酵母XR与烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADP）之间形成氢键的氨基酸有Lys21、Val222、Glu223、Phe236和Thr273,与烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD）之间形成氢键的氨基酸有Val222、Glu223、Phe236、Glu237和Thr273;突变Lys21（完全保守）使树干毕赤氏酵母XR只与辅酶NAD结合,突变Glu237（不完全保守）使树干毕赤氏酵母XR只与辅酶NADP结合;热带假丝酵母XR与NADP之间形成氢键的氨基酸有Asn278和Arg282（两者都不完全保守）,要改变其NADP依赖性,可以替代Asn278和/或Arg282.     

东方伊萨酵母降解木糖醇发酵抑制物研究

选择存在于半纤维素水解物中6种主要微生物代谢抑制物,用HPLC-DAD建立检测方法,分析东方伊萨酵母对这些抑制物的降解活性、代谢途径,以及生物脱毒处理对热带假丝酵母木糖醇发酵性能的影响。结果表明,东方伊萨酵母能直接利用醋酸,将芳香醛还原为相应的醇,含有裂解芳香环,最终将其彻底降解的复杂酶系。东方伊萨酵母对抑制物:醋酸4000mg·mL-1、糠醛400mg·mL-1、香草醛90mg·mL-1、对羟基苯甲酸40mg·mL-1、阿魏酸100mg·mL-1和愈创木酚30mg·mL-1脱毒发酵80h的降解率分别为100%,100%,100%,14.3%、65.8%、78.6%,木糖醇发酵性能得到显著改善。经生物脱毒处理之后的醋酸、糠醛、愈创木酚、阿魏酸培养基,再用热带假丝酵母进行木糖醇发酵的产物生成速率(木糖醇g.L-1.h-1)分别为2.67,2.66,2.72,2.66,基本达到了商品木糖培养基的木糖醇生成速率水平(2.79)。     

树干毕赤酵母木糖还原酶Lysine270定点突变的理性设计

Lysine270是树干毕赤酵母木糖还原酶(PsXR)与还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷磷酸(NADPH)或还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)形成结合口袋的关键氨基酸之一.为研究该位点对PsXR辅酶偏好性的影响,用其它19种氨基酸替代Lysine270,构建19种不同的木糖还原酶(XR)突变子,利用同源建模和分子对接的方法评价不同突变子与NAD+或NADP+之间的相互作用,并从中选择突变子K270R和K270N进行实验验证.突变基因及野生基因用异丙基-β-d-硫代半乳糖苷(IPTG)在大肠杆菌内进行诱导表达,经纯化后进行酶学性质研究.结果发现:K270R突变使得XR与NADP+的结合能力降低,米氏常数Km由0.025mmol/L升高到0.050mmol/L;K270N突变使得XR与NADP+不能结合.实验结果亦证实,通过理性选择得到的K270N突变子的辅酶依赖性由NADPH完全逆转为NADH.     

7种抑制物对热带假丝酵母木糖醇发酵性能的影响

在木糖培养基上分别研究7种已知存在于半纤维素水解物中的微生物代谢抑制物(甲酸、乙酸、糠醛、苯甲醛、香草醛、愈创木酚、对羟基苯甲酸)对热带假丝酵母细胞生长及木糖醇发酵性能的影响,并采用二次正交旋转组合设计研究试验中毒性最强的甲酸与香草醛、苯甲醛这3种代表性抑制物共存条件下的抑制效应.结果表明,这些抑制物在低浓度条件下虽然对酵母细胞生长有抑制作用,但是却能使木糖醇比生成速率略有提高.随着抑制物浓度的提高,它们最终均能完全抑制酵母细胞生长,使木糖醇发酵完全不能进行.对酵母细胞生长而言,甲酸与醛类抑制物之间存在毒性相互拮抗作用;对于木糖转化率和木糖醇比生成速率,甲酸和苯甲醛之间存在明显的拮抗作用;对所有考察指标,醛类化合物之间均无显著的拮抗作用,它们之间对酵母细胞的抑制作用呈累加效应.     

染色体步移法克隆Pandoraea sp. BD-33硝基苯硝基还原酶基因

硝基还原酶是一种对辅酶烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)、烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)以及黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)依赖性还原酶,本研究克隆的硝基苯硝基还原酶NN-BD-33是其中一种,它依赖于NADPH,以硝基苯维底物催化降解硝基苯成羟基苯胺,同时辅酶NADPH被氧化为NADP+。以公开报道的硝基苯硝基还原酶同源序列为参考,通过染色体步移法从Pandoraea sp.BD-33菌株中克隆得到硝基苯硝基还原酶基因。将为进一步深入研究硝基苯硝基还原酶的蛋白三维结构和作用机理奠定基础。     

大豆蛋白废水生产单细胞蛋白的菌种选择及其培养条件

针对大豆蛋白生产废水的水质特性,选择了产朊假丝酵母(Candida utilis)、热带假丝酵母(Candida tropicalis)、白地霉(Geotrichum candidum link)、解脂假丝酵母解脂变种(Candida lipolytica)和扣囊拟内孢霉(Endomycopsis fiburiger)等5种工业生产酵母,作为以大豆蛋白废水生产单细胞蛋白(Single Cell Protein,SCP)的菌种,并通过摇瓶培养实验,对其培养生长条件进行了研究。结果表明,白地霉的最佳培养条件为C/N37(马铃薯-葡萄糖培养基),pH6.5,25℃,180r/min;产朊假丝酵母为C/N5(麦氏琼脂培养基),pH6,25℃,180r/min;热带假丝酵母为C/N37(马铃薯-葡萄糖培养基),pH5.5,25℃,210r/min;解脂假丝酵母为C/N37(马铃薯-葡萄糖培养基),pH5.5,25℃,180r/min;扣囊拟内孢霉为C/N37(马铃薯-葡萄糖培养基),pH6,25℃,180r/min。5种酵母菌基本都适合生长在含糖量较高,pH偏酸性,温度在25℃左右的环境当中,比较适合利用大豆蛋白废水生产SCP,为菌种的复配提供了依据,为实现利用大豆蛋白废水生产SCP奠定了基础。     

木糖还原酶基因在大肠杆菌中活性表达

利用聚合酶链式反应(PCR)方法,从休哈塔假丝酵母(Candida shehatae)基因组 DNA 扩增得到了木糖还原酶(Xylose Reductase, XR)基因,并在大肠杆菌中活性表达.重组菌在诱导6 h 时的XR 表达量最大,约为总蛋白的20%.实验考察不同质量浓度的乳糖和异丙基-β-D-硫代半乳糖苷(IPTG)对酶活性的影响,结果表明,重组菌在以乳糖作为诱导剂时酶活最高为232.38 μkat·g-1,以 IPTG 作为诱导剂时酶活最高为206.04 μkat·g-1.     

Fermentation of xylose to produce ethanol by recombinant <Emphasis Type="Italic">Saccharomyces cerevisiae</Emphasis> strain containing <Emphasis Type="Italic">XYLA</Emphasis> and <Emphasis Type="Italic">XKS1</Emphasis>

Fermentation of the pentose sugar xylose to produce ethanol using lignocellulosic biomass would make bioethanol production economically more competitive. Saccharomyce cerevisise, an efficient ethanol producer, cannot utilize xylose because it lacks the ability to convert xylose to its isomer xylulose. In this study, XYLA gene encoding xylose isomerase (XI) from Thermoanaerobacter tengcongensis MB4T and XKS1 gene encoding xylulokinase (XK) from Pichia stipitis were cloned and functionally coexpressed in Saccharomyces cerevisiae EF-326 to construct a recombinant xylose-utilizing strain. The resulting strain S. cerevisiae EF 1014 not only grew on xylose as sole carbon source, but also produced ethanol under anaerobic conditions. Fermentations performed with different xylose concentrations at different temperatures demonstrated that the highest ethanol productivity was 0.11 g/g xylose when xylose concentration was provided at 50 g/L. Under this condition, 28.4% of xylose was consumed and 1.54 g/L xylitol was formed. An increasing fermentation temperature from 30℃ to 37℃ did not improve ethanol yield.     

玉米芯中木聚糖水解制备D-木糖的试验研究

研究了利用玉米芯为原料制备D-木糖的试验条件.经过详细的实验条件考察,得知玉米芯中木聚糖水解为D-木糖的最佳水解条件:硫酸质量分数为2.5%,反应温度为110℃,玉米芯质量(g)和硫酸体积(mL)的比值即固液比为1∶8,反应时间为3 h.木聚糖的水解率达到97.89%.水解液经过石灰水中和、活性炭脱色、乙醇洗涤等过程的脱毒处理,纯度可以达到97.8%,木糖的提纯率为57.6%.     

生物脱毒改善蔗渣水解物木糖醇发酵性能的研究

为提高热带假丝酵母Candida troplicalis 1-18代谢产物木糖醇的产量,本研究以蔗渣半纤维素稀酸水解物作为研究材料,以生物脱毒菌株东方伊萨酵母Issatchenkia orientalis S-7细胞干重、水解物在280 nm处紫外吸收物含量、木糖醇产量作为评价指标,考察尿素、pH值、脱毒时间、预浓缩比例和细胞循环利用等5个因素对蔗渣半纤维素稀酸水解物木糖醇发酵性能的影响。结果表明,蔗渣半纤维素稀酸水解物采用Ca（OH）₂调节pH值为5,预浓缩至1/2体积,添加2 g·L^-1尿素,东方伊萨酵母S-7生物脱毒40 h,脱毒后水解物预浓缩至木糖浓度为150 g·L^-1时,热带假丝酵母1-18发酵的木糖醇产量最高,达134.5 g·L^-1,比对照组高出70 g·L^-1;循环利用细胞进行生物脱毒,脱毒时间缩短13 h;循环利用热带假丝酵母1-18对生物脱毒水解物进行产醇发酵,木糖醇产量达163.8 g·L^-1,生成速率为5.85 g·L^-1·h^-1,比第一代发酵（1.95 g·L^-1·h^-1）提高2倍。生物脱毒是改善木质纤维稀酸水解物木糖醇发酵性能的有效手段。     

猪肝胆绿素还原酶的纯化及某些性质的研究

通过高速离心(105,000×g),硫酸铵分级分离、NADP—agaxose层析和SephadexG—100层析,从猪肝的胞浆中分离获得胆绿素还原酶.经SDS—聚丙烯酰胺凝胶电泳表明,该酶达到均一程度,分子量约为47,000道尔顿.酶被纯化4200倍,回收率为38%.这种酶利用NADPH和NADH作为电子供体,对巯基试剂特别敏感.如DTNB、NEM、pCMB及IDA等,都能不同程度地抑制该酶的活性.由HgCl_2处理,该酶活性的抑制是不可逆的.该酶用NADPH或NADH作电子供体时的最适pH分别是pH7.4和pH7.0.     

心血管疾病中硫氧还蛋白相关的信号通路研究进展

硫氧还蛋白系统是体内重要的抗氧化系统之一,由硫氧还蛋白、硫氧还蛋白还原酶、硫氧还蛋白过氧化物酶及NADPH组成.硫氧还蛋白是细胞内重要的二硫键还原酶之一,在心血管疾病中发挥着重要的作用,这与其参与多种信号通路的转导过程密不可分.本文主要从心血管疾病中硫氧还蛋白相关的信号通路研究进展方面进行综述.