环糊精糖基转移酶产物专一性改造:难题与挑战

生产环糊精所必需的环糊精糖基转移酶与其产物专一性进化研究已经成为当今的研究热点。这项研究中的进展不仅会使环糊精糖基转移酶的应用取得突破结果,还会对其它酶的改造提供帮助。目前,人们对这类酶的性质已经有了较为深入的认识,但还存在着一些尚未解决的问题,如酶产物专一性的决定因素尚未系统阐明等。通过对环糊精糖基转移酶各个方面,尤其是其产物专一性进化方面研究的回顾,指出并分析了研究中尚未解决的问题,并对将来这一研究领域的前景进行了展望。

超高压对α-CGTase产物专一性的影响

探讨了不同压力、不同温度对于α-CGTase产物专一性的影响,以及高压处理过后反应不同时间产物专一性的变化,确定了超高压作用于α-CGTase后环化反应产物专一性的变化规律。结果表明:在40℃,200 MPa下超高压不仅可显著提高α-CGTase产物专一性,同时保持较高酶活与产物得率。在40℃条件下,不同压力处理α-CGTase,随着压力升高,α-CGTase环化活力逐渐降低,反应产物专一性不断提高;在200 MPa下,不同温度处理α-CGTase,酶环化活力随温度升高而降低,产物专一性随温度升高先升高后降低;此外,高压处理α-CGTase后产物专一性随着反应时间的延长而降低。

γ-CGTase突变体制备及其产γ-CD条件优化

采用定点突变法将来自Bacillussp.G-825-6的γ-CGTase的211位的酪氨酸突变为亮氨酸,并利用突变体Y211L催化淀粉制备γ-CD,分别研究了底物种类、底物质量分数、反应时间、反应温度、加酶量对γ-CD产率的影响,并在单因素的基础上进行了正交优化,优化后的反应条件为:木薯淀粉质量分数为6%,加酶量为4 U/g,反应温度50℃,反应时间为24 h,在此条件下催化产生γ-CD的产率可达到14%,以总环糊精质量分数为100%计,催化产γ-CD的比率为97%。

Bacillus clarkii 7364 γ-环糊精葡萄糖基转移酶的可溶性表达及其催化特性分析

按照大肠杆菌偏爱密码子对Bacillus clarkii 7364来源的γ-环糊精葡萄糖基转移酶(γ-CGTase)进行优化,构建γ-CGTase原核表达菌株,摸索γ-CGTase的可溶性表达条件及纯化条件,并对其催化特性进行研究。结果表明:在28℃条件下实现了γ-CGTase的高效可溶性表达,可溶性蛋白占总蛋白表达量的63%,酶活可达3 830 U/mL。经(NH4)2SO4沉淀和α-CD-Sepharose 6B亲和柱纯化后,酶蛋白纯化了12.97倍,酶收率20.31%。使用该酶对木薯淀粉进行转化,转化产物中γ-环糊精(γ-CD)的比例可达90.9%,几乎无α-环糊精(α-CD),与天然酶的79%相比提高了15%。将该基因工程菌在20 L发酵罐中发酵,10 h后酶活达到4 375 U/mL,证实了其工业化放大的可能。该酶具有非常高的转化专一性,有非常好的工业化前景。

环糊精葡萄糖基转移酶特性研究及来源菌株的筛选改造

由于环糊精在食品、化妆品、环境保护、医药、生物转换及纺织业等领域得到了广泛的应用,这使得催化环糊精形成的环糊精葡萄糖基转移酶(CGTase)日益得到了人们的重视。本文主要对环糊精葡萄糖基转移酶的结构特征,产物专一性机理,催化的反应类型,影响酶活及产物的因素,酶生产菌株的筛选及改造进行了综述。

基于分子动力学模拟的高γ-环糊精专一性环糊精糖基转移酶理性改造

【背景】环糊精糖基转移酶的分子动力学模拟较传统基因改造而言能有效提高改造效率,减少盲目性。【目的】探究环糊精糖基转移酶的催化专一性机理,为获得产γ-环糊精专一性更高的环糊精糖基转移酶提供高效突变菌株方法。【方法】通过分子对接和分子动力学模拟,获得3种产物类型CGTase与底物的对接模拟结构,并通过定点突变实验进行验证。【结果】分子动力学模拟结果显示α-和β-CGTase与十糖链在酶蛋白S1区域呈现闭合的形态,而γ-CGTase和十糖链在S1区域呈现更易于生成γ-环糊精的张开形态;3种CGTase与十糖链在相同位置存在氢键的氨基酸共有17个相对应位点,其中14个位点的氨基酸种类一致,不一致的3个氨基酸对应α-CGTase位点分别为Y89、D234和Y262。本研究对Y262位点进行定点突变和产物专一性实验,结果显示经过分子动力学预测的Y262L有助于提高产γ-CD专一性,从野生酶的13.7%提高到39.9%,γ-环糊精产物比例提高了3倍。【结论】分子动力学模拟结果对于指导环糊精糖基转移酶的专一性内在机理具有一定的正向指导意义。

5-(l-氧基)-2(5H)-呋喃酮的不对称1,3-偶极环加成反应

5- (l-氧基 )- 2 (5H)- 呋喃酮在温和的实验条件下 ,能够同环状硝酮发生立体选择性的环加成反应 ,得到立体专一性产物 ,化学产率 54%～ 81% .