人工酶与定向进化的前沿与挑战

 定向进化是在实验室环境中，在分子水平上模拟进化过程，得到具有期望特征的蛋白质的方法，目前已成为蛋白质设计改造的重要方法。定向进化不仅可以用于天然蛋白质的改造，也可以通过改造现有的酶，使其具有新的催化活性，从而构建人工酶。本文重点介绍工业生物催化、纳米酶设计和光催化3个方向的前沿成果，并讨论人工酶与定向进化领域存在的挑战和问题。     

Ribozyme是唯一的非酶生物催化剂吗?

人们一直认为酶是唯一的生物催化剂,酶和生物催化剂概念具有等价性。Ｒｉｂｏｚｙｍｅ的发现打破了这种等价性,生物催化剂上升为属概念,酶和ｒｉｂｏｚｙｍｅ并列成为种概念。随着研究的深入,人们发现ＤＮＡ也具有催化活性。本实验室对博莱霉素（ＢＬＭ）的研究表明,ＢＬＭ介导的ＤＮＡ断链反应具有许多类似酶促反应的特性,并推测ＢＬＭ和生物体内的许多辅酶可能是生物催化分子进化过程中保留下来的古老而简单的小分子生物催化剂。可以断言ｒｉｂｏｚｙｍｅ并非唯一的非酶生物催化剂。     

水分胁迫对小豆抗氧化酶活性及小豆叶片解剖结构的影响

用不同浓度PEG处理小豆幼苗,生理生化方法测定MDA含量、可溶性蛋白含量及各种酶活性变化.叶片制作石蜡切片,光学显微镜观察结构.结果显示在整个水分胁迫过程中,随着PEG浓度的增加,小豆叶片MDA含量总体表现为先增加后减少的趋势,可溶性蛋白含量变化表现为先增加后降低再增加的趋势.PEG浓度较低时,小豆SOD活性下降,随着浓度的增加,SOD活性又上升.POD与CAT活性变化趋势一致.经PEG处理后,3种栽培小豆叶片结构变化均表现为叶片失水,萎焉,表皮细胞萎缩或者破碎,栅栏组织细胞变短,形状变不规则,海绵组织变小,细胞破碎,细胞结构破坏,细胞间隙变小.     

入侵植物紫茉莉根系分泌物对土壤微生态环境的影响

水培紫茉莉幼苗收集根系分泌物,用3种不同浓度的根系分泌物(低浓度LC,中浓度MC,高浓度HC)处理麦田土,测定其对土壤养分含量、酶活性和微生物群落的影响.结果表明,紫茉莉根系分泌物降低了土壤碱解N、有效P和K的含量,在高浓度处理下分别下降37.10%、46.71%和23.85%,达显著水平,而土壤有机质含量显著提高,增加了43.25%;土壤尿酶、碱性磷酸酶和纤维素酶活性均呈下降趋势,在中浓度处理下已达显著水平,而蛋白酶活性与此相反;随着根系分泌物浓度的提高,土壤细菌和放线菌数量表现出降—升—降的变化趋势,而土壤真菌则先升后降.紫茉莉根系分泌物改变了土壤微生物群落结构和土壤养分的供求平衡,实现自身生物量快速增长,提高竞争能力,从而实现成功入侵.     

大薸对不同质量浓度畜禽废水的净化作用及生物学效应

实验以自然湿地中采集的大薸为研究对象,在室内模拟条件下首次研究了大薸在低质量浓度至高质量浓度畜禽废水条件下的净化作用及植物生理变化。并探讨了湿地植物大薸对废水的净化作用与生物学效应之间的相关性。研究结果表明：大薸对畜禽废水的CODcr、氨氮、总磷最高去除率分别达到82.33%、69.21% 和45.88%。大薸在不同质量浓度畜禽废水胁迫8 d后,大薸抗氧化系统酶活性总体呈下降趋势,畜禽废水质量浓度越高,植物损伤情况越明显。大薸叶片中起主要保护作用的酶是POD,变化幅度最明显,对畜禽废水胁迫的敏感性、应激性最强。大薸对畜禽废水的净化作用与大薸的生物学效应相关性较强。     

白腐菌产漆酶的发酵条件研究

漆酶(E.C.1.10.3.2)是一类含铜的氧化还原酶,其可以催化对苯二酚(也叫氢醌)氧化生成对苯醌,也常被称为对苯二酚氧化酶。漆酶一般存在于真菌和植物中,由于具有较高的稳定性和较好的底物专一性,在印染和环境有机毒性化合物的降解、专用生物传感器的构建、以及造纸领域有机废弃物的生物加工利用等方面具有实际工业应用。考察了白腐菌的培养和产漆酶条件,对白腐菌产漆酶的培养条件和培养基进行了优选。结果显示,以小麦皮为碳源,硫酸铵和尿素为氮源,白腐菌生长产酶的适宜培养温度为28℃,pH值为3.5~6.0,培养基的C/N比以20合适。当培养基中添加一定的木质素沉淀物和葡萄糖时对白腐菌液体发酵产漆酶具有明显的促进作用,菌体发酵液中加入10 g/L的葡萄糖、6 g/L木质素时发酵产漆酶的活力达到最大值。     

叶绿体信号通过诱导抗氧化酶和花青素参与拟南芥环境胁迫响应

本文研究了渗透胁迫和冷胁迫对于叶绿体信号缺失突变体gun1、gun5和abi4的影响.实验结果表明,叶绿体信号缺失突变体对胁迫的抵抗力下降,表现在植株含水量降低,电导率和丙二醛含量升高.并且发现叶绿体信号缺失突变体中抗氧化酶如POD、SOD、APX活性明显下降,活性氧(超氧离子)积累明显加重,此外叶绿体信号缺失突变体不能诱导植物体内花青素的合成.本文初步探讨了叶绿体信号与植物体内活性氧和花青素合成途径的关系,表明叶绿体信号可以通过诱导抗氧化酶和花青素从而抵抗环境胁迫.     

解淀粉芽孢杆菌GSBa-1产凝乳酶培养基组成的优化

从甜酒曲中分离筛选得到1株解淀粉芽孢杆菌菌株GSBa-1,为了提高该菌株液态发酵产凝乳酶的能力,采用单因素实验和响应面法优化其产酶培养基组成。通过单因素实验分析了碳源、氮源、金属盐、磷源对菌株GSBa-1产凝乳酶的影响,并采用响应面法对产酶培养基中麦芽糖、蛋白胨和酵母浸粉含量3个主要因素的优化组合进行了定量研究,确定解淀粉芽孢杆菌GSBa-1产凝乳酶的优化培养基组成为:麦芽糖1.93g/L、蛋白胨10.89g/L、酵母浸粉2.15g/L。在此优化培养基培养条件下,该菌株产凝乳酶活力可达(562.57±7.67)Su/mL,接近理论预测值537.10Su/mL,且平均误差为4.53%。优化后解淀粉芽孢杆菌GSBa-1产凝乳酶活力比基础培养基提高了1.88倍。     

杯[6]芳烃-双卟啉仿酶模型化合物的合成

通过醚链将对叔丁基杯「６」芳烃与二个卟啉键连,然后引入金属离子,合成了新的仿酶模型１ａ－１ｄ,２ａ－２ｄ和３ａ。这些模型及其前体１,２和３的结构 由ＵＶＶＩＳ,＾１ＨＮＭＲ和／或１３ＣＮＭＲ,ＩＲ及ＭＳ表征。     

共价修饰的辣根过氧化物酶及其在酶传感器中的应用

将介体对甲酰苯基二茂铁（ＦＰＦ）与辣根过氧化物酶（ＨＲＰ）共价结合,然后同单体吡咯一起电聚合到铂电极上,再通过戊二醛将葡萄糖氧化酶（ＧＯＤ）交联固定在电极上,制成共价修饰的ＨＲＰ／ＧＯＤ介体酶传感器。共价修饰的酶传感器响应电流增大,底物测试范围０～４０ｍｍｏｌ／Ｌ,电极稳定性增强。