祖先序列重建增强D-阿洛酮糖3-差向异构酶的热稳定性

为解决现有D-阿洛酮糖3-差向异构酶(DAEase)热稳定性差的产业问题,本文采用系统发育指导的大数据挖掘、合理修饰和祖先序列重建策略(ASR),重建了具有不同催化结构域DAEase的祖先序列,构建了表达载体,通过重组表达与分子对接筛选出了DAEase A13并进行酶学性质表征,此外,还基于结构分析与分子动力学模拟揭示了DAEase A13热稳定性增强的分子机制。结果表明,基于ASR策略所构建的A13 70℃时半衰期可达8.4 h,其热稳定性较野生(WT)酶显著增强,最大转化率为31%,催化活性也略高于WT酶。立体结构模拟与分子动力学模拟揭示了ASR A13中大量氢键和疏水作用的增加维持了高温下酶分子结构的稳定性,是其热稳定性增强的主要因素。研究结果证实了ASR策略可以改造DAEase使其稳定性、活性和混杂性增强,可以为D-阿洛酮糖工业生产提供良好的生物催化剂。

酶祖先序列重建与定向进化

酶祖先序列重建是指通过计算机算法推导来自灭绝生物的祖先酶的氨基酸序列的技术。通常可分为6个步骤,依次为现代酶的核酸/氨基酸序列收集、多序列比对、系统发育树构建、祖先酶序列的计算机推测、基因克隆、酶学性质表征。该方法广泛应用于研究分子在行星时间尺度上对环境条件不断变化的适应性和进化机制。随着酶在生物催化领域中扮演越来越重要的角色,该方法逐渐成为研究酶序列、结构和功能关系的有力手段。同时,祖先酶大多具有温度稳定性、突变稳定性等特性,使其成为进一步定向进化的理想蛋白质支架。文中综述了酶祖先序列重建的计算机算法、应用和常用计算机软件,并结合最新研究进展,展望其在酶定向进化领域中的应用前景。

厚壁菌门细菌及其祖先蛋白的氨基酸偏好性研究

从KEGG数据库中获得厚壁菌门下的18种细菌的蛋白质和氨基酸序列,运用生物信息学方法重建了这18个物种的发育树以及祖先的氨基酸序列,得到了18个现存物种及其祖先物种的氨基酸组成偏好情况。结果表明,现存物种的蛋白质的氨基酸组成有偏好,而在祖先蛋白质中也存在着氨基酸偏好的现象。对于每一种氨基酸,各物种的使用偏好不完全相同。研究结果为今后透彻地研究厚壁菌门细菌打下了基础。

祖先羰基还原酶的挖掘及酶法合成(S)-乙偶姻的研究

【背景】(S)-乙偶姻是一种重要的精细化学品,开展其绿色高效合成具有重要的应用价值。【目的】祖先酶可能具有较好的热稳定性。论文以筛选高活性和稳定性的祖先羰基还原酶为目标,并探究其酶学性质,实现(S)-乙偶姻的高效酶法合成。【方法】基于祖先序列重建法的基因挖掘策略筛选双乙酰还原酶,并对其进行了酶学性质表征,构建不对称还原双乙酰合成(S)-乙偶姻的反应体系。【结果】获得了一种可以不对称还原双乙酰合成(S)-乙偶姻的祖先羰基还原酶AncBDH1,并在Escherichia coli中实现可溶性表达。序列保守性分析显示,AncBDH1含有短链醇脱氢酶家族的特征基序,且与已报道羰基还原酶的同源性均较低。对AncBDH1进行了镍柱纯化和酶学性质表征,显示其仅可利用NADH为辅酶,最适反应pH值为7.0,最适反应温度为60℃,催化活性不依赖金属离子,并且表现出对二甲基亚砜等有机溶剂的良好耐受性。Anc BDH1可以在12 h内将200 mmol/L双乙酰完全转化为(S)-乙偶姻。【结论】发现了一个具有较高的最适温度及有机溶剂耐受性的祖先羰基还原酶AncBDH1,并实现了(S)-乙偶姻的高效酶法合成,为(S)-乙偶姻的酶法合成奠定了一定的研究基础。

利用高分化种内和种间序列构建单倍型中介网络

单倍型网络是用于分析和显示单倍型序列进化关系的常用方法。中介网络法常用于构建单倍型网络,但该方法在利用序列差异较大的数据构建单倍型网络时,会因长支问题导致算法可靠性下降。作者利用人-大猩猩祖先序列及人群IL37基因序列重建了代表人类共同祖先的中介序列,再将该序列与高分化人群DNA序列及外群序列一起构建单倍型中介网络,有效解决了长支问题,提高了构建单倍型中介网络的可靠性,为解决同类问题提供了一种简便有效的参考方法。