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。     

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.     

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.     

氨基酸对锯缘青蟹N-乙酰氨基葡萄糖苷酶的效应

研究Gly、Ala、Val、Leu、Ile、Pro、Phe、Met、Asn、Cys、Ser、Thr、Asp、Glu、His、Lys、Arg等17种氨基酸对锯缘青蟹(Scylla serrata)N-乙酰-β-D-氨基葡萄糖苷酶(NAGase)活力的影响.结果表明:非极性氨基酸中Gly、Ala、Leu、Phe对酶活力几乎没有作用,而Val、Ile对酶略有激活,20 mmol/L的Val可以使酶活力提高7.5%,40 mmol/L的Ile可以使酶活力提高10.5%;Pro、Met对该酶略有抑制作用,当浓度为40 mmol/L时,分别可以使酶活力下降15.2%和9.8%;极性氨基酸Asn、Cys、Ser、Thr对酶的活力没有影响;带负电荷的酸性氨基酸Asp和Glu对酶有抑制作用;带正电荷的碱性氨基酸His对该酶略有抑制,Lys和Arg对该酶抑制作用较强.研究Lys和Arg对酶催化pNP-NAG水解反应的抑制机理,并测定其抑制常数,结果表明:Lys和Arg的抑制作用均表现为可逆效应,抑制类型均为反竞争性抑制,其K.分别为5.29mmol/L和3.76 mmol/L.     

长毛对虾必需氨基酸的研究

分析了不同体长组的长毛对虾生化组成和必需氨基酸(EAA)的可能种类。结果表明:(1)长毛对虾的最主要生化物质蛋白质的含量似有随体长增长(40 mm至 104 mm)而升高。但糖类含量较稳定;(2)注射~3H-葡萄糖后测得 Glu,Asp,Ser,Pro,Gly,(Cys)_2和 Ala等带有较强的放射性,长毛对虾可能从葡萄糖合成这些氨基酸。而极少或甚至没有~3H 参入到Met,Thr,He,Leu,Val,Arg,His,Lys,Phe,Tyr和Trp中。这些可能是长毛对虾的EAA。     

饲料用灌木中氨基酸含量的快速定量分析方法

用日立L-8800型氨基酸自动分析仪对饲料灌木中Asp(天冬氨酸)、Thr(苏氨酸)、Ser(丝氨酸)、Glu(谷氨酸)、Pro(脯氨酸)、Gly(甘氨酸)、Ala(丙氨酸)、Cys(半胱氨酸)、Val(缬氨酸)、Met(蛋氨酸)、Ile(异亮氨酸)、Leu(亮氨酸)、Tyr(酪氨酸)、Phe(苯丙氨酸)、Lys(赖氨酸)、NH3(氨)、His(组氨酸)、Arg(精氨酸)等18种主要氨基酸作了定量分析,提出了一种同时测定饲料用灌木中多种氨基酸含量的自动分析方法.结果表明,灌木样品18种氨基酸测定的变异系数在2.02～3.96%之间,标准回收率在99.90～101.47%之间,该方法快速、简便、灵敏度高、重现性好、人为因素影响少,结果令人满意.     

珍珠薏米乳酸发酵饮料的研究

研究了以珍珠和薏米为主要原料制作乳酸发酵饮料的工艺。通过正交试验,确定最佳调配组合为:蔗糖10%,香精0.1%,薏米发酵液与珍珠水解液的体积比为2∶1。对饮料的可溶性固形物、酸度、还原糖、金属元素、氨基酸含量等指标进行了测定。结果表明,还原糖质量浓度为11.9 mg.mL-1;可溶性固形物为4.6%;pH值为4.97(16.5℃时);Zn、Mg、Fe、Mn、Na、Ca、K的质量浓度分别为0.1672,5.14340,.23260,.2933,241.76,136.093,4.87μg.mL-1;Cd、Pb、Cr、Cu和Co等均未测出;且含有Asp、Thr、Ser、Glu、Gly、Ala、Val、MetI、le、Leu、Tyr、Phe、Lys、His、Arg和Pro等16种氨基酸。     

降纤酶的分离纯化及其性质

蛇毒蛋白对抑制血栓形成和溶解血栓具有较好的疗效 ,但由于得不到性质稳定、组分单一的酶蛋白 ,影响了其临床效果。该研究通过亲和层析方法 ,从长白山白眉蝮蛇乌苏里种蛇毒中分离提纯到 SDS- PAGE图谱为单一组分糖蛋白——降纤酶 ,相对分子质量约 3.6× 10 4。该酶具有体外凝血、体内抗凝作用。等电点约为 4 .2 5。HPL C分析结果表明其纯度为 99%。最适温度为 70℃ ,最适 p H =8.0。动力学研究表明该酶为一 Michaelis- Menten酶 ,Michaelis常数为0 .32 0 mm ol/ L,最大反应速度为 0 .117μm ol/ m in。EDTA,Mg2 + ,Cu2 + 对其有抑制作用。测定该酶 N端 2 0个氨基酸的序列是 Val Ile Glu Glu Asp Glu Cys Asn Ile Asn Glu His Arg Phe L eu,与其他的蛇毒类凝血酶有高度同源性。     

虚拟筛选竞争性抑制NDRG3与L-Lactate结合的小分子研究

竞争性抑制NDRG3(N-myc downstream regulated gene 3)蛋白与L-Lactate结合可有效阻遏NDRG3介导的低氧反应. 文中通过同源模建技术构建NDRG3蛋白的三维结构,并将L-Lactate对接到NDRG3蛋白的潜在活性位点中,发现L-Lactate主要通过与Asn133、Ala162、His163、His164、Ser235、Pro236及Ala237等氨基酸相互作用结合于NDRG3. 对近3 000个化合物进行虚拟筛选,选择4种竞争性抑制最强的化合物作为参考分子分析相互作用关系,结果发现:部分化合物和不同氨基酸能够通过不同的作用力与NDRG3蛋白结合,占据NDRG3蛋白的活性位点,从而竞争性抑制L-Lactate与NDRG3蛋白结合. 例如,它们能够与Lys139、Asp143、His163、Arg203产生静电作用;它们与His163形成-堆积作用;它们与Phe165、Ala237等产生疏水作用;它们与Asn133、Asp135、Gly140、Arg203、Ser235、Ala237等形成氢键作用. 以上数据表明:这些化合物可能成为阻遏NDRG3介导的低氧反应及靶向治疗低氧诱导疾病的候选药物.     

血清胸腺因子(FTS)的合成和活性测定

采用芴甲氧羰基（Fmoc）固相肽合成法（Fmoc～SPPS）合成了血清胸腺因子（FTS）,用中压液相阴离子柱一步纯化,经HPLC分析纯度,通过质谱和氨基酸序列测定鉴定合成产物。根据FTS恢复胸腺切除小鼠的脾细胞对免疫抑制荆AZ敏感的特性测定合成FTS的活性。结果表明：化学合成血清胸腺因子的产率为94．7％;纯化后其纯度达到93．7％;质谱测定其相对分子质量为876．6,与理论分子量相符。氨基酸序列测定为NH2／Glu—Ala—Lys—Ser—Gin—Gly—Gly—Ser—Asn,与设计序列一致。实验显示在合成FTS的浓度为10^-14mol／L时尚有部分活力,在10^-13mol／L时能够完全恢复胸腺切除小鼠的脾细胞对AZ的敏感性。