中性植酸酶结构与功能关系研究进展

中性植酸酶是一种新型、绿色环保的饲料用酶。从中性植酸酶的微生物来源、酶学性质、序列结构特点及分子改造研究等方面进行综述,以期为改善中性植酸酶的热稳定性及催化活性提供参考。     

静电纺PA6/PVA纳米纤维及其纤维素酶的固定研究

利用静电纺丝技术制备PA6/PVA纳米纤维.通过环氧氯丙烷法活化羟基,将纤维素酶固定于PA6/PVA纳米纤维上.考察固定化纤维素酶和自由纤维素酶的酶活,研究固定化纤维素酶的酶学性质.结果表明:自由酶的最适反应温度为55℃,而固定化酶的最适反应温度为65℃,比自由酶的提高了10℃;与自由酶相比,固定化酶的活性随pH值的变化曲线明显变宽,热稳定性显著增强;固定化纤维素酶在4℃下能长时间保持较高的活力.     

来自Pyrococcus horikoshii的极端耐热β-1,4-内切纤维素酶的分离纯化与酶学性质

耐热纤维素酶具有广泛的应用前景,本研究室在利.用大肠杆菌表达来自Pyrococcus horikoshii的极端耐热β-1,4-内切纤维素酶基础上,建立了包括热处理、DEAE Sepharose Fast Flow阴离子层析的纯化工艺,分离纯化获得单一组分的重组极端耐热β-1,4-内切纤维素酶(EGPh),SDS-PAGE测定该酶纯度大于90%,以CMC-Na为底物,DNS法测定比活22.3 U/mg,活性收率为73.3%,纯化倍数为45倍.酶学性质研究表明,该酶的分子量为43 KD,等电点(PI)为5.3,催化CMC-Na最适反应温度为95℃,最适反应pH为6.0,Km值为3.61±0.26 mg/ml.酶学稳定性研究表明EGPh在pH4.0～9.0、温度85℃下稳定.纯化的EGPh表现了极好的热稳定性,95℃时半衰期为8 h.     

纤维素酶产生菌的筛选及酶学性质研究

从城市生活垃圾中分离到一株分解纤维素能力最强,并产生胞外酶的菌株,初步确定为芽孢杆菌,并对该菌所产的纤维素酶的酶学性质进行了初步研究.该纤维素酶反应最佳温度为50℃;最适 pH7.0;酶在40～50℃热稳定性较好; CMCase活力在 pH 6.0～7.0处可保持70%以上, FPA酶活在pH 6.0～7.0处可保持79%以上; Ca2＋和Mg2＋对酶反应表现为明显的促进作用,而Fe3＋和Mn2＋对酶反应有抑制作用, Na＋、Zn2＋和K＋对酶的影响很小.     

仿生阳离子多烯环化

酶催化剂是功能强大的催化剂之一,它们能够在体内温和的条件下催化各种生物反应。通常酶的催化功能表现在强的催化活性以及控制产物立体专一选择性方面,比如酶在生物体系内催化阳离子引发的多烯环化反应来合成胆固醇,用于制备各种萜类化合物和类固醇的过程.酶的这些特性吸引了化学家们强烈的研究兴趣,发展了仿生化学来模拟生物化学的各种转化.本文简单介绍了目前仿生阳离子引发的多烯环化反应的研究成果;总结了我们课题组在过去几年里在这一领域研究的贡献.     

甲烷催化燃烧催化剂的研究进展

甲烷催化燃烧的目的是通过催化作用降低其起燃温度(T_(10))和完全转化温度(T_(90)),加深其氧化程度,从而提高燃料的利用率。简述了甲烷催化燃烧反应的机理,从种类、制备方法以及催化性能等方面详细介绍了甲烷催化燃烧催化剂的最新进展。贵金属催化剂的催化性能优越,但高成本以及热稳定性差等因素极大地限制了其应用;非贵金属催化剂尤其是复合金属氧化物催化剂(例如钙钛矿型复合金属氧化物催化剂和六铝酸盐系列催化剂等)拥有较高的催化活性,因其成本低,有更好的发展前景。提高非贵金属催化剂的低温催化活性和高温热稳定性是今后甲烷催化燃烧催化剂的主要研究方向。     

蜗牛肠道细菌及其纤维素酶性质

为了探寻功能微生物,用几种不同培养基分离蜗牛肠道可培养细菌并筛选纤维素降解细菌,研究了纤维素酶学性质.结果表明,LB培养基培养蜗牛肠道细菌时菌落种类和数量最多,达3.3×104CFU/m L.刚果红染色显示,7种优势细菌全部具有产酶能力;菌S6粗酶液的内切葡聚糖酶(Cx)和滤纸酶(FPase)活性最高,分别为5.96和2.84 U/m L.对Cx酶学性质初步研究表明:该酶最适反应温度为35℃,在55~75℃时有较高的热稳定性;最适p H为6.0,在p H 3.0~8.0均有酶活力,p H 8.0相对酶活仍为60%;Mg~(2+)、Na~+、K~+和Ca~(2+)对酶反应具有促进作用,Zn~(2+)、Cu~(2+)和Mn~(2+)为酶反应的抑制剂.研究蜗牛肠道细菌的组成,从中分离高产纤维素酶菌株,为纤维素生物降解转化成可再生能源寻找新的思路.     

生淀粉结合域SBD及糖化酶基因在毕赤酵母中的融合表达

【目的】研究生淀粉结合域SBD及糖化酶基因在毕赤酵母中的融合表达,提高酶的表达量和水解生淀粉的能力。【方法】利用In-fusionTM PCR克隆技术将淀粉结合域SBD无缝隙插入到黑曲霉糖化酶基因glu的5′端构建融合表达质粒pPIC9K-psg,实现融合酶基因psg在毕赤酵母GS115中的高效表达,并进行酶学性质研究。【结果】融合酶的最适作用条件及热稳定性均与原始酶无明显差别,但反应温度及pH值的范围更为宽泛,在反应温度60~70℃,pH值为4.0~7.0时均较稳定;融合酶PSG降解生淀粉的能力较原始酶PG提高29.6%,比原始菌株提高86.5%。【结论】淀粉结合域SBD的融合提高了糖化酶水解生淀粉的能力。     

碳水化合物结合域CBM3对外切葡聚糖酶性质的影响

纤维素酶与底物的可及性是酶水解的主要限制因素之一.碳水化合物结合域(CBM)可以提高纤维素酶与底物的可及性,从而促进纤维素酶的酶促水解.本研究探究外源的CBM对外切葡聚糖酶(CBH)性质的影响.我们将一个外源的CBM3与CBH进行融合,并在毕赤酵母(Pichia pastoris)X33中成功表达,得到了CBM3-CB...     

铜基小孔分子筛柴油车尾气脱硝催化材料研究进展

 柴油车尾气排放是大气污染物氮氧化物(NO_x)的主要来源之一。氨选择性催化还原技术(NH₃-SCR)具有高效率、低成本等特征,已成为目前主要的移动源脱硝技术。传统铜基中孔分子筛高温水热稳定较差,而小孔分子筛负载催化材料具有优良的催化活性和水热稳定性,近年受到国内外研究者的广泛关注,成为一种新型NH₃-SCR催化材料。本文综述铜基小孔分子筛催化材料在柴油车尾气脱硝领域的研究进展。以Cu-SSZ-13和Cu-SAPO-34为例,论述其突出的低温活性和水热稳定性,总结Cu含量、Cu物种形态及表面酸性等因素对其催化活性、水热稳定性的影响,归纳其反应活性中心、反应路径等催化机理方面的研究进展。分析表明,该类催化材料是极具发展潜力的NH₃-SCR催化材料。其新型催化材料设计、抗中毒机理等还有待进一步深入研究。     

A hierarchy of timescales in protein dynamics is linked to enzyme catalysis

The synergy between structure and dynamics is essential to the function of biological macromolecules. Thermally driven dynamics on different timescales have been experimentally observed or simulated, and a direct link between micro- to milli-second domain motions and enzymatic function has been established. However, very little is understood about the connection of these functionally relevant, collective movements with local atomic fluctuations, which are much faster. Here we show that pico- to nano-second timescale atomic fluctuations in hinge regions of adenylate kinase facilitate the large-scale, slower lid motions that produce a catalytically competent state. The fast, local mobilities differ between a mesophilic and hyperthermophilic adenylate kinase, but are strikingly similar at temperatures at which enzymatic activity and free energy of folding are matched. The connection between different timescales and the corresponding amplitudes of motions in adenylate kinase and their linkage to catalytic function is likely to be a general characteristic of protein energy landscapes.     

酶改性技术研究

酶具有催化效率高、催化专一性强等显著特点,然而,酶的活力和稳定性往往不能满足应用的要求.为了改进酶的催化特性,笔者及其所在课题组20多年来长期进行酶分子修饰、酶固定化、酶非水相催化、酶定向进化等酶改性技术的研究,发现通过酶的改性,可以显著改进酶活力和稳定性.文中对笔者及其所在课题组在酶改性技术方面的研究成果和进展作了介绍.     

ENZYME-ASSISTED DEINKING AND FIBER MODIFICATION OF MIXED OFFICE WASTE

INTRODUCTIONIn the past 20 years, more and more waste papers were recycled because of the shortage of raw materials and increasing pressure of environment protection. Among those recycled waste paper, MOW, which contains xerographic and laser printed pape…     

表面活性剂对α-糜蛋白酶催化水解动力学的影响

在对酶-表面活性剂超活性和反胶束酶反应器的研究中,表面活性剂对酶催化动力学的影响是定量研究酶活性的关键之一.以α-糜蛋白酶作为模型酶,研究了阳离子表面活性剂GN10存在下对醋酸二萘酯的催化水解.由于表面活性剂与酶的弱相互作用,使酶催化动力学发生改变.对酶水解的初始速率进行了讨论,为酶-表面活性剂体系的酶活性研究提供了定量测量的实验方法和理论依据.     

Structure of Dnmt3a bound to Dnmt3L suggests a model for de novo DNA methylation

Genetic imprinting, found in flowering plants and placental mammals, uses DNA methylation to yield gene expression that is dependent on the parent of origin. DNA methyltransferase 3a (Dnmt3a) and its regulatory factor, DNA methyltransferase 3-like protein (Dnmt3L), are both required for the de novo DNA methylation of imprinted genes in mammalian germ cells. Dnmt3L interacts specifically with unmethylated lysine 4 of histone H3 through its amino-terminal PHD (plant homeodomain)-like domain. Here we show, with the use of crystallography, that the carboxy-terminal domain of human Dnmt3L interacts with the catalytic domain of Dnmt3a, demonstrating that Dnmt3L has dual functions of binding the unmethylated histone tail and activating DNA methyltransferase. The complexed C-terminal domains of Dnmt3a and Dnmt3L showed further dimerization through Dnmt3a-Dnmt3a interaction, forming a tetrameric complex with two active sites. Substitution of key non-catalytic residues at the Dnmt3a-Dnmt3L interface or the Dnmt3a-Dnmt3a interface eliminated enzymatic activity. Molecular modelling of a DNA-Dnmt3a dimer indicated that the two active sites are separated by about one DNA helical turn. The C-terminal domain of Dnmt3a oligomerizes on DNA to form a nucleoprotein filament. A periodicity in the activity of Dnmt3a on long DNA revealed a correlation of methylated CpG sites at distances of eight to ten base pairs, indicating that oligomerization leads Dnmt3a to methylate DNA in a periodic pattern. A similar periodicity is observed for the frequency of CpG sites in the differentially methylated regions of 12 maternally imprinted mouse genes. These results suggest a basis for the recognition and methylation of differentially methylated regions in imprinted genes, involving the detection of both nucleosome modification and CpG spacing.     

毛果杨苯丙氨酸解氨酶活性比较及肉桂酸制备

【目的】苯丙氨酸解氨酶(PAL)在苯丙烷代谢途径中具有重要作用,PtrPAL基因的挖掘、酶学性质分析和应用为毛果杨苯丙烷代谢途径的研究和肉桂酸(t-ca)合成提供参考。【方法】基于基因组注释信息,挖掘毛果杨PtrPAL基因,进行原核表达和酶学性质分析。以L-苯丙氨酸(L-Phe)为底物,通过全细胞催化合成t-ca。【结果】通过挖掘毛果杨基因组得到了5个PtrPAL基因,系统发育树分析表明其在进化上分为两组。PtrPAL3和PtrPAL4来自不同进化分支,选取其进行原核表达和酶学性质分析。镍柱纯化后的重组蛋白rePtrPAL3和rePtrPAL4最适温度分别是55 ℃和60 ℃,最适pH分别是8.5和8.0,比酶活分别为3.363和3.381 U/mg,且均具有微弱的酪氨酸解氨酶活力。重组蛋白的动力学分析表明,rePtrPAL3对L-Phe的亲和力更高。将rePtrPAL3应用于L-Phe脱氨生产t-ca,全细胞催化7 h可产生104 mmol/L t-ca。【结论】具有不同转录特异性的两种rePtrPAL酶学性质接近,但rePtrPAL3表现出更高的催化效率,更适合用于t-ca的生物合成。而且,其产量高于文献报道的28 mmol/L水平,具有良好的应用潜力。     

Structure and evolution of ricin B chain

Ricin is a dimeric toxin from the castor bean Ricinus communis, which is composed of a sugar-binding subunit (B) that attaches to receptors on the surfaces of target cells and a subunit (A) with enzymatic activity that attacks and inactivates ribosomes. We report here that comparison of amino-acid sequence data with high-resolution structure analysis of the ricin B subunit shows it to be the product of a series of gene duplications. The modern protein has two sugar-binding domains, each of which is composed of three copies of a more ancient galactose-binding peptide of about 40 residues.     

古菌、细菌和真核生物纤维素酶的整体进化关系

【目的】纤维素酶在生物燃料、食品、造纸、制药和纺织工业应用广泛。许多生物都能产生纤维素酶,因此纤维素酶的进化关系非常复杂;加上人类用工程手段不断改造纤维素酶,使得纤维素酶的进化关系更加复杂化。因此,本研究对纤维素酶的整体进化关系进行大规模的系统发育和统计分析。【方法】选取来自116种古菌、1744种细菌和556种真核生物的2416种纤维素酶进行系统进化分析。通过计算平均成对p距离反映每个分类组中的序列差异;然后将差异分为组内差异和组间差异,从数值上反映基因的垂直转移和水平转移;最后,通过进化树展示基因转移的趋势。【结果】来自不同门、纲、目、科和属的纤维素酶,其氨基酸序列的平均成对p距离差异很大。在各个系统分类中,纤维素酶的组间差异和组内差异亦存在很大不同。大规模的系统发育分析显示,大多数纤维素酶的进化经历了不同的路径和分岔,并形成相互交织在一起的群簇。【结论】本研究从统计分析和系统发育的角度提供纤维素酶的整体进化关系,不仅包括纤维素酶基因的垂直遗传和水平转移,还包括多时间和多种属进化,展示了纤维素酶进化的全貌。统计分析不仅丰富系统发育的分析结果,还为利用生物技术设计所需要的纤维素酶提供补充信息。     

ENZYMATIC DEINKING OF OLD NEWSPRINT WITH CELLULASES AND XYLANASE

The enzymatic deinking and fiber modification of old newsprint (ONP) with several cellulases and xylanase were investigated and the suitable enzyme candidates were selected for ONP deinking in this paper. The results demonstrated that the cellulases and hemicellulases could significantly improve the deinking efficiency and fiber modification.Moreover, the synergistic effects of Novozym342 and xylanase (HC) can further enhance the deinking performance, reduce the dirt count and improve the brightness of resulting pulp. Additionally, compared to deinked pulps, obtained from conventional chemical materials, enzymatically deinked pulps had better bleachability, and the brightness of the bleached pulp reached 59.1% ISO, 9% ISO higher than the unbleached pulp.     

康宁木霉液态发酵高产纤维素酶和木聚糖酶的研究

对选育的一株康宁木霉（Trichoderma koningii）QF-02进行了液态发酵生产纤维素酶和木聚糖酶的研究。实验结果表明：碳源的种类及性质是影响产酶的关键因素,价廉易得的天然稻草是其产酶的良好碳源。在培养基组成为40目稻草粉4g、Mandels营养液100mL、起始pH值4.8的优化培养条件下,摇瓶培养120h所得3种酶的平均活力分别为：滤纸酶活（FPA）1.43IU/mL, β-葡萄糖苷酶活0.36IU/mL, 木聚糖酶活176.8IU/mL。与商品纤维素酶制剂相比,在FPA载量相同(3FPU/g原料)的情况下,自制的复合酶在水解碱预处理稻草和天然稻草时,总还原糖产量比商品纤维素酶提高55%和40%,葡萄糖产量提高33%和12%。研究结果还表明木聚糖酶和纤维素酶具有协同酶解木质纤维素的作用。