Clostridium butyricum蔗糖磷酸化酶的酶学性质及其功能研究

本研究克隆表达丁酸梭菌Clostridium butyricum DSM10702菌株的蔗糖磷酸化酶基因,并探究重组酶的酶学性质和转糖苷功能。从丁酸梭菌C.butyricum DSM10702菌株中克隆蔗糖磷酸化酶基因cbsp,构建重组表达质粒pQE30-cbsp并在大肠杆菌Escherichia coli XL1-blue中诱导表达;将重组蛋白经镍柱纯化后,进行酶学性质和转糖苷功能研究。实验结果表明,以蔗糖为底物,重组酶Cbsp的最适温度为45℃、最适pH为7.0、V_max和K_m分别为(957±23.29) μmol·mg^-1·min^-1和(62.4±4.749) mmol·L^-1。当以葡萄糖-1-磷酸(G-1-P)为糖基供体时,重组酶Cbsp对于多数单糖、糖醇类、(-)-儿茶素、己基-β-D-吡喃葡萄糖苷和L-抗坏血酸表现出转糖苷活性。以上研究结果可丰富蔗糖磷酸化酶相关数据库,为其应用研究提供参考。     

中介蝮蛇毒L-氨基酸氧化酶基因的生物信息学分析

采用生物信息学方法,对中介蝮蛇毒L-氨基酸氧化酶(GI-LAO)基因进行了分析。结果表明:GI-LAO基因所包含的开放阅读框为1 515bp,编码504个氨基酸残基;GI-LAO一级结构与白眉蝮GH-LAO的相似性最高,达99%;N-端的18个氨基酸残基为信号肽,成熟肽含486个氨基酸残基,相对分子质量为55.1kDa,理论等电点为6.55;该蛋白含有两个结构域:FAD结合域(56-123位氨基酸残基)和催化结构域(61~499位氨基酸残基);与白眉蝮GH-LAO序列比对发现,有4个氨基酸位点存在差异(分别是20、56、99和467位氨基酸残基),用SIFT软件分析表明,这四个位点对其功能无影响;该基因编码的氨基酸序列有2个活性位点(H242和R343),2个N-糖基化位点(N190和N379),5个位点(R108、H241、Y390、G482和W483)与底物结合有关,4个保守半胱氨酸残基形成两对二硫键(C28—C191和C349—C430);三维结构建模结果表明,GI-LAO形成同源二聚体,每个单体由22个α-螺旋,22个β-折叠股和一些无规则卷曲、转角等形成三个结构域:FAD结合域,底物结合域以及α-螺旋域;在GI-LAO蛋白的进化分析中,中介蝮GI-LAO与白眉蝮GHLAO的亲缘关系最近。     

黄曲霉产胞外β-1,3-1,4-葡聚糖酶的发酵条件优化

研究发现一株高产β-1,3-1,4-葡聚糖酶的黄曲霉菌株,优化了其产酶条件并考察了粗酶潜在的工业应用价值。依次采用单因素法和响应面分析法优化该菌发酵产酶条件,得到其优化产酶条件:麸皮19g/L、磷酸氢二铵30g/L、吐温-60 21g/L、NaCl 5g/L、MgSO₄·7H₂O 0.5g/L、KH₂PO₄ 0.75g/L、培养基初始pH值8.0、培养温度38℃、培养时间6d。在此条件下,黄曲霉能够分泌的最高胞外β-1,3-1,4-葡聚糖酶酶活达155.9U/mL。水解研究发现,该酶能高效降解大麦粉和燕麦粉中的β-葡聚糖,并直接生成葡萄糖。这些结果表明,黄曲霉能高效分泌β-1,3-1,4-葡聚糖酶,且该酶具有较强的工业应用前景。     

胶原Ⅳα1链NC1结构域基因的克隆及其在大肠杆菌中的表达

 胶原中多个成分如ⅩⅤ,ⅩⅤⅢ的NC结构域能抑制血管内皮细胞增殖和迁移,具有抑制肿瘤生长和转移的活性.从胎盘组织中提取总RNA,根据文献报道的胶原Ⅳα₁链cDNA序列,设计一对特异性引物,应用RT-PCR方法扩增出胶原Ⅳα₁链NC1结构域基因.DNA序列测定发现,扩增得到的基因与文献报道序列存在单个核苷酸变异(A132C),编码氨基酸(Gly)不变.将扩增得到的胶原Ⅳα₁链NC1结构域基因克隆到原核表达载体pPROEXHTb上,并在大肠杆菌BL21中进行体外表达.     

水稻土壤宏基因组中的β-葡萄糖苷酶基因克隆、表达及酶活的研究

β-葡萄糖苷酶(Ec3.2.1.21)属于糖苷水解酶家族3,它能够水解非还原性末端的β-D葡萄糖苷键,释放出游离的葡萄糖及相应的配基。β-葡萄糖苷酶是纤维素降解中的关键酶,对于可再生资源纤维素的利用具有十分重要的意义。本研究从水稻土壤中分离得到β-葡萄糖苷酶基因pds5,将其克隆到表达载体pET32a(+)中,转化BL21大肠杆菌中,并诱导表达该基因。重组BL21大肠杆菌用IPTG诱导后,所提取的酶蛋白具有β-葡萄糖苷酶的活性,经SDS-PAGE分析,确定其相对分子质量为83 kD。通过控制pH和温度的方法,测得该酶酶活最适pH为7.0,最适温度为37.5℃。     

产普鲁兰降解酶菌株的分离筛选及酶学特性的研究

普鲁兰降解酶(pullulan degrading enzymes)能够专一水解普鲁兰多糖α-1,6-糖苷键以及特定位置的α-1,4-糖苷键,在工业、食品业、医疗保健等行业中具有重要的应用意义.本研究采用唯一碳源法从稻田土样中培养筛选到21株产普鲁兰降解酶的菌株.对菌株A1的鉴定及其产生的普鲁兰降解酶的分析表明,该菌株为气单胞菌属,其产生的酶属于Ⅰ型普鲁兰酶(Type I pullulanase,EC 3.2.1.41),专一水解普鲁兰多糖α-1,6-糖苷键.该酶的最适反应温度为60℃,最适反应pH为6.0,具有良好的温度稳定性和适应性;同时在pH为4.0时仍然保留50%的酶活.进一步对A1菌株产酶的发酵条件(pH、温度、时间)进行了优化,摇瓶中A1分泌表达Ⅰ型普鲁兰酶的水平达到21.2 U/mL.根据已报道的气单胞菌属普鲁兰酶基因的保守序列设计引物,克隆获得了4 053 bp的A1普鲁兰酶基因pluA1全长序列,编码1351个氨基酸.本研究结果为该酶的开发应用奠定了基础.     

Alkalibacterium sp. SL3中α-半乳糖苷酶基因的克隆、表达和性质研究

以大布苏盐碱湖分离菌Alkalibacterium sp. SL3的DNA为模板,利用PCR扩增α-半乳糖苷酶基因(galSL3),构建重组质粒pET-22b-galSL3,转化至大肠杆菌BL21（DE3）诱导表达重组酶（rGalSL3）. 通过镍柱亲和层析分离纯化重组酶,并对纯化的重组酶进行性质研究. 研究表明,纯酶rGalSL3最适pH值为5.5,最适温度为55℃;该酶在pH值 5.0~10.0保持90%以上的剩余酶活,在50℃有非常好的热稳定性. 在0~1.5mol·L^-1 NaCl溶液中该酶的酶活基本不受影响,在3.0mol·L^-1 NaCl溶液中有很好的稳定性. Pb²⁺、Ca²⁺、Co²⁺、Li⁺、Na⁺、K⁺、Triton-100和β-mercaptoethanol等对重组酶的活性有明显的促进作用. 该酶水解对硝基苯基-α-D-吡喃葡萄糖苷的K_m、v_max和k_cat分别为(2.64±0.02)μmol·mL^-1、(454.55±0.59)μmol·(mg·min)^-1和(347.73±1.27)s^-1. 重组酶可水解蜜二糖和棉籽糖,不能水解瓜尔豆胶.     

沙棘ω-6脂肪酸去饱和酶基因的分子进化

运用生物信息学分析手段和在线数据库,对沙棘ω-6脂肪酸去饱和酶基因进行综合分析。结果显示:该基因全长为1 562 bp,开放读码框为1 152 bp;编码383个氨基酸,分子量为44 010.5道尔顿;等电点为8.63,带正电荷侧链的氨基酸与带负电荷侧链的氨基酸比例为29∶34;氨基酸组成中亮氨酸占10.7%,缬氨酸占7.8%,丙氨酸占6.8%;不稳定指数为36.73,脂肪指数为89.58,总平均疏水指数为-0.016,为亲水蛋白;其二级结构以无规则卷曲与折叠为主,属膜蛋白,有3个酪氨酸激酶II磷酸化位点、2个N-肉豆蔻酰化位点、4个蛋白激酶C磷酸化位点、3个N-糖基化位点、1个酪氨酸激酶磷酸化位点和1个微体C-端定位信号;该蛋白为质膜-脂肪酸去饱和酶域超家族蛋白(Membrane-FADS-like superfamily)。功能预测分析结果显示与其他物种的该去饱和酶特性相一致。     

昆虫几丁质酶的进化与保守性质的比较基因组学研究

昆虫几丁质酶家族属于第18家族糖苷键水解酶,主要参与昆虫蜕皮、细胞增殖和免疫等生理过程。在7个物种基因组数据中通过BLASTP和PSI-BLAST的方法获得131条chitinase和chitinase-like的同源蛋白质,利用隐马尔科夫算法,找到了几丁质蛋白的保守模体区域。通过进化树分析,将所选的蛋白分为9组,与糖苷水解酶18催化结构域和几丁质结合结构域的特性一致。通过PAML软件计算出几丁质酶的正向选择位点,发现了豌豆蚜虫中的A.pisum xp003243674.1为一条新的几丁质酶蛋白。对深入研究昆虫几丁质酶结构与功能很有帮助。     

α-琼胶酶OUC-GaJJ96的异源表达及酶学性质

琼胶酶在功能性琼胶寡糖的酶法制备中发挥着重要作用,目前有关α-琼胶酶的研究较少。克隆表达了来自溶藻性吉尔维菌(Gilvimarinus agarilyticus)的α-琼胶酶,命名为OUC-GaJJ96,并对其酶学性质及水解产物进行研究。该酶属于糖苷水解酶96家族,基因全长为3759bp,编码1252个氨基酸,N端含有26个氨基酸编码的信号肽,蛋白分子质量约为180kDa。酶学性质研究显示:OUC-GaJJ96最适反应温度和最适反应pH值分别为30℃和7.0(Tris-HCl缓冲液),比酶活力为2.68U/mg。通过高效液相色谱和电喷雾离子源质谱对OUC-GaJJ96的水解产物进行分析,结果表明:该酶水解产物是琼二糖、琼四糖和琼六糖,其中琼四糖是主要产物,OUC-GaJJ96可用于制备具有生物活性的琼胶寡糖。     

脱毛碱性蛋白酶定点突变的初步分析

来自于Bacillus pumilus菌株BA06的碱性蛋白酶DHAP具有良好的脱毛能力. 为了更好地了解DHAP的催化特性和进一步改造使之更加符合制革工艺的要求, 根据蛋白质同源建模和嗜冷嗜热酶氨基酸组成的统计分析结果, 确定了13个氨基酸位点进行定点突变. 通过牛奶平板和对粗酶液在不同温度和热稳定性方面的活性进行了分析. 结果发现位于DHAP空间结构上底物结合“口袋”开口处α-螺旋上的氨基酸残基(E220, V223和K244)严重影响酶的活性; 位于底物结合口袋袋底的三个保守位点V256L、V25     

芽孢杆菌S6内切葡聚糖酶基因的克隆及功能鉴定

为了开发高效拮抗真菌新产品,从土壤中分离一株具有高效拮抗黄萎病、枯萎病功能的菌株芽孢杆菌S6(Bacillus subtilis S6),通过同源克隆、生物信息学分析、p ET-21b表达载体构建、聚丙烯酰胺凝胶电泳和羧甲基纤维素平板检测等方法分析其结构和功能。结果表明:获得了1 500 bp的β-1,4-内切葡聚糖酶基因(glu)全长序列;glu编码499个氨基酸,在1—30位氨基酸存在信号肽,蛋白的成熟位点在第29—30位的氨基酸残基之间,而该蛋白仅有一个跨膜区段,蛋白分子量约为50 ku,在大肠杆菌BL21中成功表达且具有极高的酶活性。     

新型α-L-阿拉伯呋喃糖苷酶RuAra1的表达与鉴定

随着能源问题的日益突出,半纤维素资源的利用逐渐受到人们的重视.α-L-阿拉伯呋喃糖苷酶(α-Larabinofuranosidase,EC 3.2.1.55)属于半纤维素酶系,能水解以α-1,3、α-1,2或α-1,5键连在木聚糖主链上的阿拉伯糖单体或低聚阿拉伯糖侧支.本实验室将克隆得到的α-L-阿拉伯呋喃糖苷酶基因RuAral在大肠杆菌中重组表达,得到的重组阿拉伯呋喃糖苷酶RuAral能够水解4-硝基酚-α-L-阿拉伯糖苷(4-Nitrophenyl-α-Larabinofuranoside,pNPA)、4-硝基酚-β-D-吡喃木糖苷(4-Nitrophenyl-β-D-xylopyranoside,pNPX)以及从小麦阿拉伯木聚糖中水解释放阿拉伯单糖.以pNPX为底物时,该酶的最适反应pH为6.0,最适反应温度为50℃.RuAral与瘤胃真菌(Neocallimastix patriciarum)内切木聚糖酶XynCIDBFV、瘤胃细菌木糖苷酶RuXynl的组合使用可以实现对小麦阿拉伯木聚糖的协同降解,且降解效率优于德国AB酶制剂公司的商品酶ROHALASE WP.     

Myceliophthora thermophila漆酶与木质素模型物的对接研究

漆酶催化木质素氧化聚合或降解是自然界碳循环的重要环节,其作用机制一直是生物质科学领域的研究热点.文中采用分子模拟技术进行研究,首先构建Myceliophthora thermophila(Mth)漆酶的3D模型,然后用9种木质素模型物在Mth漆酶T_1Cu口袋区做分子对接.结果表明,Mth漆酶中4个Cu离子与高度保守的4个氨基酸片段结合,Mth漆酶与Melanocarpus albomyces漆酶亲缘关系最近(Identity值74%),以之为模板可得到高质量的3D模型,Ramachandran Plot分析证明模型中所有氨基酸构象都是合理的.在Mth漆酶T_1Cu活性口袋区,木质素单体与Ala192、Lys188和Trp507氢键结合,脂肪链端羧基化会影响Trp507形成氢键,若酚羟基邻位被双甲氧基取代,则会降低单体的结合能.木质素模型物聚合度越高,结合能越低,二者线性相关.由于空间位阻效应,四聚体不能进入活性口袋,需要介体才能被Mth漆酶催化氧化.     

暗紫贝母中法呢基焦磷酸合酶的生物信息学分析

以暗紫贝母的法呢基焦磷酸合酶氨基酸序列为研究对象,利用CD search、ProtParam和SignalP等13种在线预测软件对其保守区域、理化性质、亚细胞定位、亲疏水性、二级结构、三级结构等性质进行分析.结果发现,该酶由352个氨基酸残基组成,是一种不含信号肽不跨膜、定位于线粒体基质的可溶性亲水蛋白,具有典型的类异戊二烯合成酶超家族结构域.其二级结构主要由α-螺旋和无规则卷曲组成.三级结构以PDB ID 4kk2.1为模板建模,包含两个聚异戊烯合酶位点,200 Lys为其结合配体Mg~(2+)的结合位点,活性区域由55个氨基酸残基构成,面积和体积分别为1 215.670?~2和1 496.051?~3.生物信息学手段分析预测结果揭示了暗紫贝母中法呢基焦磷酸合酶的性质、结构和功能,为进一步研究贝母活性生物碱的生物合成调控机制奠定理论基础.     

莲子红衣多酚对α-葡萄糖苷酶的抑制作用

采用分光光度法测定了不同条件下莲子红衣多酚对α-葡萄糖苷酶活性抑制作用的影响,在单因素实验基础上运用L₉(3⁴)正交法得到莲子红衣多酚对α-葡萄糖苷酶活性抑制作用的优化条件。研究结果显示,在pH 值为6.8,质量浓度为1.50g/L,反应时间为20min时,莲子红衣多酚对α-葡萄糖苷酶活性的抑制率最高,可达67.99%±1.79%。莲子红衣多酚对α-葡萄糖苷酶的抑制作用类型为反竞争性抑制,抑制常数为0.24g/L。     

大肠杆菌嗜盐α-淀粉酶基因的分子改造及其酶学特性

【目的】对大肠杆菌Escherichia coli嗜盐α-淀粉酶基因进行改造,并探索嗜盐α-淀粉酶的嗜盐特性。【方法】从非嗜盐的大肠杆菌JM109中克隆到一个嗜盐α-淀粉酶基因k6并进行重组表达。通过同源建模,确定Na+结合位点上的氨基酸残基,并对相应位点进行定点突变。最后对突变酶的酶学性质进行研究。【结果】相对于野生酶,突变酶更加嗜盐,其最适NaCl浓度由2mol/L增加到3mol/L,最适pH值为7,最适温度为50℃,酶活力为4 831U/mg,提高近4倍。经HPLC检测,突变酶与2%(W/V)可溶性淀粉反应后的产物为葡萄糖、麦芽糖、麦芽三糖的混合物。【结论】嗜盐α-淀粉酶基因k6的嗜盐特性与Na+结合位点具有直接联系。     

纳豆芽孢杆菌谷氨酸脱氢酶基因的克隆表达及其生物信息学分析

克隆表达Bacillus subtilis natto HSF 1410谷氨酸脱氢酶(GDH),测定其酶活性,并阐述其体内功能。将gdhA基因克隆入pET28a质粒在E.coli BL21(DE3)中表达,用生物信息学方法探究其蛋白结构、结构域特点。经测定Bacillus subtilis natto GDH同时具有NADP~+和NAD~+依赖活性,酶活比活力分别为3.140U/mg蛋白和0.251 4U/mg蛋白。生物信息学分析结果表明gdhA基因包含一个长度为1 275bp的开放阅读框,编码424个氨基酸,蛋白分子量为47.05kDa,理论等电点为5.58,不含跨膜区域,二级结构以α-螺旋和无规则卷曲为主。其三级结构表明,该蛋白在45—174位氨基酸残基形成二聚化结构域,191—424位氨基酸残基形成NAD(P)结合位域。B.subtilis natto HSF 1410与E.coli中gdhA的二聚化结构域、NAD(P)结合位域的氨基酸相似度分别为29.23%、29.27%,显著高于B.subtilis 168中gdhA的氨基酸相似度;与B.subtilis 168中gdhA蛋白空间结构相比,B.subtilis natto HSF 1410与E.coli中gdhA在空间结构上更为相似,在体内主要负责促α-酮戊二酸转化成谷氨酸。     

微泡菌ALW1几丁质酶Chi18A的克隆及信息学分析

以微泡菌(Microbulbifer sp.)ALW1的基因组为模板,利用几丁质酶基因的特异性引物进行PCR扩增,然后将产物插入到pMD18-T载体后进行DNA序列测定,并对目的基因编码的蛋白质序列进行信息学分析。结果显示,克隆的目的基因大小为1644 bp,预测编码含有547个氨基酸残基的蛋白质。该蛋白质序列与其他菌株来源的几丁质酶序列具有70%左右的相似性,表明预测目的基因编码几丁质酶。该蛋白质具有2个几丁质结合结构域和1个GH18家族酶的催化结构域,属于糖苷水解酶(glycoside hydrolase,GH)家族18,命名为几丁质酶Chi18A。模拟的三维结构显示,Chi18A含有(βα)_8桶状结构。     

齐墩果酸衍生物与查耳酮的缀合物和α-葡萄糖苷酶的相互作用研究

采用荧光光谱法和分子对接法,研究了两种齐墩果酸衍生物与查耳酮的缀合物对α-葡萄糖苷酶的抑制作用及机理.首先,采用荧光光谱法研究了缀合物和α-葡萄糖苷酶的结合反应,并测定了结合常数及相关的热力学参数;然后使用sybyl 8.0软件研究了缀合物与α-葡萄糖苷酶的分子对接.结果表明:缀合物和α-葡萄糖苷酶的相互作用导致α-葡萄糖苷酶发生内源荧光淬灭,属于静态淬灭机制.缀合物1与α-葡萄糖苷酶在20℃和37℃下结合常数分别为42.91和75.42,结合位点均为0.53;缀合物2与α-葡萄糖苷酶在20℃和37℃下结合常数分别为59.88和92.87,结合位点分别为0.5和0.63.缀合物与α-葡萄糖苷酶的结合中氢键和范德华力起重要作用,缀合物能与α-葡萄糖苷酶活性位点结合,作用力主要依靠缀合物酯羰基上的氧原子与酶结构中氨基酸上的氢所形成氢键.