神经酰胺从头合成途径关键代谢酶的研究进展

神经酰胺是调控细胞分化、增殖、凋亡,调节机体衰老与肿瘤免疫等重大生命活动的重要活性脂质,同时也是糖鞘脂等一系列重要生理鞘脂合成的通用前体。作为鞘脂代谢的中心,神经酰胺在机体内的合成与降解受到严格调控,其合成包括从头合成途径、鞘磷脂酶途径及补救途径。尽管从头合成途径对于神经酰胺在机体内的合成量贡献仅为5%~10%,但近年来对该条途径中关键代谢酶的研究却表明了它们与诸多疾病密切相关,这也说明了该途径在机体生命活动中的复杂性与重要性。旨在系统性地综述神经酰胺从头合成途径关键代谢酶的研究进展,为深入了解该途径以及关键代谢酶的功能提供理论参考,同时也为今后针对该途径的个性化药物开发奠定基础。

植物维生素B_6从头合成与代谢转换研究进展

维生素B6是一组可相互转换的吡啶衍生物的总称,包括吡哆醇、吡哆胺、吡哆醛、磷酸吡哆醇、磷酸吡哆胺和磷酸吡哆醛。其中,磷酸吡哆醛是140多种细胞酶的辅酶。至今发现两种VB6从头合成途径,DXP(1-脱氧-D-木酮糖-5-磷酸)依赖途径和DXP非依赖途径,前者仅存在于大肠杆菌和少量其他细菌,后者存在于其他所有VB6自养生物。除了VB6的从头合成,所有细胞生物体内还存在一条相似的补救途径,补救途径实现VB6各型的代谢转换。该文对近年来国内外有关植物VB6从头合成和代谢转换研究进展进行综述。

高山被孢霉GDP-L-岩藻糖合成途径中GDP-甘露糖-4,6-脱水酶的克隆、表达和功能鉴定

GDP-L-岩藻糖是糖复合物生物合成和糖类代谢的重要中间产物,作为岩藻糖转移酶的供体参与岩藻糖基化反应,具有重要的生理功能。高山被孢霉是重要的产油真菌,是唯一在分子水平上证明可合成GDP-L-岩藻糖的真菌。GDP-L-岩藻糖从头合成途径中的GDP-甘露糖-4,6-脱水酶(GMD)能催化GDP-D-甘露糖合成GDP-4-酮基-6-脱氧-D-甘露糖。对高山被孢霉中的GMD基因进行克隆、表达和功能鉴定,可进一步阐明GDP-L-岩藻糖体内代谢的分子生物机制。首先对GMD序列进行分析,并以p ET28a+质粒为骨架构建了GMD的表达载体,然后转化至大肠杆菌BL21中进行诱导表达。进一步利用Ni金属螯合层析纯化目的蛋白,采用液相色谱-质谱法分析酶反应产物,表明纯化蛋白具有GMD活性。最后对高山被孢霉进行发酵培养,发现GDP-L-岩藻糖产量在氮源耗尽后较高,可达0.10 mg/g。同时GMD的转录水平在氮源耗尽后发生了明显的上调,表明GMD在氮源耗尽后对高山被孢霉体内GDP-L-岩藻糖的合成具有重要作用。这为进一步利用高山被孢霉发酵生产GDP-L-岩藻糖和酶法转化生产GDP-L-岩藻糖奠定了理论基础。

生物合成天然2-苯乙醇细菌的筛选及合成途径分析

从上海国家森林公园土壤样本中筛选到1株菌株,经过生理生化鉴定和16S rDNA序列分析,该菌属肠杆菌属并命名为Enterobacter sp.MF024。Enterobacter sp.MF024全基因组测序结果表明该菌株包含从头合成途径和艾氏途径合成2-苯乙醇所有关键酶的编码基因。分别以葡萄糖、L-苯丙氨酸为底物进行生物转化实验,并以苯乙醛、苯丙酮酸等合成途径中间产物为底物进行验证,气相色谱-质谱法、红外光谱分析结果进一步说明Enterobacter sp.MF024具备两种2-苯乙醇合成途径,且该菌利用从头合成途径和艾氏途径产2-苯乙醇产量分别达到0.56、1.15 g/L。该菌株以葡萄糖为碳源生物合成2-苯乙醇极具应用前景。

利用蔗糖产尿苷二磷酸葡萄糖的大肠杆菌构建

尿苷二磷酸葡萄糖(uridine diphosphate glucose,UDP-glucose)不仅是细胞壁合成的前体物质,也是多种糖供体的重要前体物质。代谢工程可赋予微生物利用廉价易获得的原料生产特定化学物质的能力。该研究采用代谢工程技术改造大肠杆菌(Escherichia coli)蔗糖利用和UDP-葡萄糖合成的代谢路径,在E.coli BL21(DE3)中以蔗糖为唯一碳源,在实现细胞生长的同时促进UDP-葡萄糖的生产。通过在E.coli BL21(DE3)中共表达蔗糖通透酶基因(cscB)、果糖激酶基因(cscK)、蔗糖合酶基因(susy),确定了高拷贝数质粒(pMD19-T)和启动子串联策略(P_(csc)-P_(T7))是合成UDP-葡萄糖的最优策略,成功构建了能够利用蔗糖产UDP-葡萄糖的工程菌株ESBK09。此外,为了进一步增加菌株的稳定性,将cscB基因整合到E.coli BL21(DE3)基因组中构建工程菌株EPT03,该菌株被证明能够利用蔗糖生产UDP-葡萄糖。构建具有蔗糖利用能力的工业菌株将促进蔗糖作为碳源的使用,有助于石油化工经济向生物经济的过渡,为今后利用UDP-葡萄糖生产葡萄糖基化生物分子提供通用性底盘微生物菌株,也为后续利用UDP-葡萄糖合成相关大分子物质的代谢网络的构建提供了关键的一环。

细菌中酶蛋白硫辛酰化途径研究进展

硫辛酸为含有两个硫原子的八碳脂肪酸,具有很强的抗氧化性,在保健食品、化妆品和药物等领域都具有良好的应用前景。细胞中硫辛酸是重要的辅因子,影响多种α-酮酸脱氢酶活性,参与能量代谢和物质代谢。模式生物大肠杆菌中酶蛋白硫辛酰化途径研究得较为清楚,包括依赖于LipB-LipA的硫辛酸从头合成途径和依赖于LplA的硫辛酸补救合成途径。但随着研究的深入,发现不同细菌中酶蛋白硫辛酰化途径具有较高的多样性,部分细菌中GcvH蛋白也参与硫辛酰化修饰过程,相关催化酶类也不尽相同。本文系统总结了硫辛酸依赖的多酶复合体、硫辛酰修饰的结构域和GcvH蛋白,以及不同细菌中酶蛋白硫辛酰化途径多样性的研究进展,旨在为进一步了解细菌酶蛋白硫辛酰化机制、开发针对性的抗菌药物以及利用生物法高效生产硫辛酸等方面提供理论支撑。

代谢工程方法改造大肠杆菌生产胸苷

胸苷是抗艾滋病药物司他夫定(3′-脱氧-2′,3′-双脱氢胸苷)和叠氮胸苷的重要前体物质。应用代谢工程方法对大肠杆菌Escherichia coli BL21(DE3)生物合成胸苷进行了研究。通过敲除E.coli BL21嘧啶回补途径的deo A、tdk和udp三个基因,BS03工程菌株能够积累21.6 mg/L胸苷。为了增加合成胸苷前体物核糖-5-磷酸和NADPH的供给,进一步敲除pgi和pyr L使工程菌BS05胸苷的产量提高到90.5 mg/L。而通过过表达胸苷合成途径的ush A、thy A、dut、ndk、nrd A和nrd B六个基因,菌株BS08胸苷的产量能达到272 mg/L。通过分批补料发酵,BS08最终可以积累1 248.8 mg/L的胸苷。本研究结果表明经过代谢工程改造的E.coli BL21具有良好的胸苷合成能力和应用潜力。

二氢乳清酸脱氢酶作为抗肿瘤靶点的研究进展

二氢乳清酸脱氢酶(dihydroorotate dehydrogenase,DHODH)是存在于线粒体内膜的一种含铁的黄素依赖酶,这种酶催化嘧啶核苷酸从头合成途径的第4步反应。而嘧啶核苷酸可用于DNA、RNA、糖蛋白和磷脂生物合成,对于细胞代谢和细胞增殖至关重要。近年来的研究表明,DHODH与多种肿瘤的发生、发展密切相关,抑制或下调DHODH可以降低肿瘤细胞增殖,诱导其凋亡或者增加其他靶点药物的抗肿瘤效果。该文结合所在实验室目前的研究成果及进展,就DHODH作为治疗恶性肿瘤靶点的相关机制及当前DHODH抑制剂的研究进展作一综述。