大肠杆菌亮氨酰-tRNA合成酶与tRNA^(Leu)的相互作用 头孢菌素酰化酶的表达、翻译后加工和亚基重组(英文)

第一部分:为得到大量的大肠杆菌tRNALeu1 和tRNALeu2 ,研究tRNA与亮氨酰 tRNA合成酶(LeuRS)的相互作用,用基因克隆的方法高表达并纯化了它们;测定了接受活力和被LeuRS催化的动力学常数;改进了RNA体外转录必需的T7RNA聚合酶的纯化方法,优化了转录条件,转录序列比文献值高 1 0倍.用体外转录方法得到了各种在接受茎突变的tRNALeu变种,研究了一个在CP1结构域插入 40个氨基酸残基的变种LeuRS A对tRNALeu2种等受体的识别,证明了tRNA Leu1 和tRNA Leu2 接受茎上的第一对硷基对是否摆动是LeuRS A识别的关键. 第二部分:在大肠杆菌中高表达头孢菌素酰化酶基因 1 0倍以上.研究了它的α 亚基的N 端变化(LAEP →MGIP )对酶学动力学常数的影响.构建了带有不同抗菌素抗性和启动子的高表达质粒,研究了它们表达的特点,分析了这些质粒的不同用途.用含有编码该酶两个亚基的基因的相容质粒共转化的方法.研究了它们在体内的重组和前体的加工.研究结果表明,该酶可能属于一类新的N

3-硝基-5-(6-溴己酰胺)苯甲酸的合成及其作为头孢菌素酰化酶产生菌筛选指示剂的研究

为筛选头孢菌素Ｃ酰化酶产生菌，由环己酮和３－硝基－５－乙酰胺基苯甲酸出发，合成了一种新的生色物质３－硝基－５－（６－溴己酰胺）苯甲酸（３－Ｎｉｔｒｏ－５－（６－ｂｒｏｍｏｈｅｘａｎｏｙｌａｍｉｎｏ）ｂｅｎｚｏｉｃａｃｉｄ，ＮＢＨＡＢ）。通过红外光谱法、核磁共振法、质谱法鉴定了其结构。ＧＬ－７ＡＣＡ酰化酶和青霉素Ｇ酰化酶（ｐｅｎｉｃｉｌｉｎＧＡｃｙｌａｓｅ，ＰＧＡ）及其产生菌对该化合物的作用表明，该物质能够检测头孢菌素酰化酶活力，用来筛选头孢菌素Ｃ酰化酶产生菌，其灵敏性有待进一步提高。

内源信号肽DSE4介导头孢菌素C酰化酶在毕赤酵母中的分泌表达

头孢菌素C(CPC)酰化酶可用于一步酶法合成7-氨基头孢烷酸(7-ACA)。对来自Pseudomonas sp.Strain SE83的高活性CPC酰化酶突变基因进行基于毕赤酵母偏好密码子优化,获得基因SECA。选取毕赤酵母内源信号肽DSE4,构建表达菌G/DSECA,首次在毕赤酵母中分泌了CPC酰化酶。与酿酒酵母α-交配因子前导肽(α-factor)相比,DSE4介导SECA的分泌表达效果更优,其介导SECA表达的胞内、外单位体积酶活分别比α-factor高65%和44%。分别以DSE4和α-factor为信号肽构建β-半乳糖苷酶表达菌G/DSEL与G/MFL,进一步考察DSE4介导异源蛋白的分泌效果,G/DSEL的胞内外单位体积酶活也均高于G/MFL。

头孢菌素C酰化酶S12在不同原核系统中的表达

目的:构建头孢菌素C酰化酶(Cephalosporin C Acylase)基因的两种原核表达载体,确定高效原核表达体系。方法:人工合成头孢菌素C酰化酶S12基因,分别克隆到含有Lac启动子的载体pBC KS和T7-lac启动子的载体pET-28a上,命名为pBC-S12和pET-28-S12,重组质粒分别转化感受态大肠杆菌DH5α和BL21(DE3),表达纯化目的蛋白S12,测定酶活。结果:成功地构建了头孢菌素C酰化酶S12的原核表达菌株,组成型表达和诱导型表达体系的表达量低,目的蛋白具有酶活,诱导型表达产生的酶比组成型表达产生的酶具有更强活性,可作为大肠杆菌表达头孢菌素C酰化酶的高效表达体系。

头孢菌素酰化酶的研究进展

头孢菌素酰化酶是一类可以催化头孢菌素C(CPC)和戊二酰-7-氨基头孢烷酸(GL-7ACA)生成7-氨基头孢烷酸(7-ACA)的抗生素工业用酶。后者是工业半合成生产头孢类抗生菌素所需的重要前体。综述了该酶的分布、酶学特性、克隆和表达、分离纯化及固定化等方面的研究进展,并展望了其应用前景。

重组头孢菌素C酰化酶的固定化研究

将含头孢菌素C(CPC)酰化酶的重组大肠杆菌E.coli BL21(DE3)/pET28-CPCAcy在50L发酵罐中发酵,发酵液OD600可达19.5,酶活达到11 542U·L^(-1);CPC酰化酶粗酶液经1%活性炭纯化后,比酶活由6.56U·mg^(-1)提高到10.77U·mg^(-1);然后将纯化的CPC酰化酶共价结合固定在氨基载体LX-1000HA和环氧基载体LX-1000EPC上,并对固定化酶的热稳定性及pH值稳定性进行考察。结果表明,LX-1000HA固定化酶的初始酶活较LX-1000EPC固定化酶低,但其热稳定性、pH值稳定性以及酶与载体的结合强度均高于LX-1000EPC固定化酶;并且在固定化酶投加量相同时,LX-1000HA固定化酶的催化性能优于LX-1000EPC固定化酶。对LX-1000HA固定化酶进行催化批次实验,在催化39批次时达到半衰期。

重组大肠杆菌BL21(DE3)/pET-S12表达头孢菌素酰化酶的诱导条件优化

头孢菌素酰化酶AcyⅡ可以直接水解CPC生成7-ACA,后者是重要的医药中间体,用来合成头孢类抗生素。头孢菌素酰化酶S12是AcyⅡ的突变体,其催化效率比AcyⅡ高。本文通过优化头孢菌素酰化酶S12在大肠杆菌BL21(DE3)中的诱导表达条件,为确定周期短、产率高且稳定可靠的发酵工艺奠定基础。利用单因素和正交设计对装液量、接种量、诱导时间,诱导温度和IPTG浓度等发酵条件进行了考察。单因素结果表明:装液量为25mL/250mL三角瓶,接种量1%,指数生长开始加入0.05mM IPTG,28℃诱导20小时发酵液酶活最高;正交试验结果表明:装液量50mL/250mL三角瓶,接种量2%,指数生长开始加入0.05mM IPTG,诱导28℃且诱导24hours酶活最高,发酵液产酶水平达639.9U/L。方差分析结果显示,发酵时间和装液量对酶活影响极显著,诱导时机对酶活影响显著,接种量对酶活没有显著影响。验证实验发现,发酵液产酶水平最高可以达到802.9U/L。本实验为该工程菌的发酵研究提供了最佳的表达诱导条件,对下一步的研究具有指导意义。

头孢菌素酰化酶高β-折叠区保守氨基酸附近位点突变研究

头孢菌素酰化酶(Cephalosporin acylase)能够一步催化头孢菌素C(Cephalosporin C,简称CPC)生成7-氨基头孢烷酸(7-Aminocephalosporanic acid,简称7-ACA),后者是重要的医药中间体。但头孢菌素酰化酶对CPC的一步催化活性低,远未达到工业生产的要求。研究以来源于Pseudomonas sp.SE83头孢菌素酰化酶(CPCase)蛋白序列为模板,对其基因进行全局优化设计,人工合成目的基因,并克隆至表达载体pET28a,实现了CPCase的高效表达,命名为WT。将其与来自Pseudomonas SY-77、Pseudomonas N176等菌株的头孢菌素酰化酶氨基酸序列进行相似性比较,在保守氨基酸附近选择了25个突变位点,采用定点突变的方法分别突变为Ala,获得了25个突变酶。结果表明,突变体蛋白F311A对CPC的催化活性上升50%,k cat/K m提高到原来的1.7倍,比酶活达到4.302 U/mg,其他突变体对CPC催化活性均有不同程度的下降。结构分析显示,第311的Phe突变为Ala,能够使结合口袋变大,减少空间位阻,使酶与底物CPC的结合更加牢固,提高催化效率。

一株产多种β-内酰胺类抗生素酰化酶菌株的筛选

为了从大量的候选菌株中快速筛选头孢菌素酰化酶产生菌 ,设计并合成了一系列头孢菌素酰化酶的底物类似物。这些酰胺类的底物类似物由二部分组成 ,一部分为与头孢菌素相同或相似的侧链 ,另外一部分为发色基团或便于检测的基团。它们被酰化酶水解酰胺键以后可以方便快速的检测 ,因此用于对大量菌株进行快速筛选。采用这些化合物筛选到 6株酰化酶阳性菌株。其中菌株ZH0 65 0能够同时水解GL 7ACA和多个底物类似物。进一步研究表明 ,该菌至少产生 3种酰化酶 ,AD NABA酰化酶 ,青霉素G酰化酶和头孢菌素C酰化酶。我们初步纯化了AD NABA酰化酶和青霉素G酰化酶 ,并对头孢菌素C酰化酶的活力进行了鉴定。这是首次报道的可以产生青霉素G酰化酶和头孢菌素酰化酶等多种酰化酶的菌株 ,具有良好的应用前景。

基于易错PCR的头孢菌素C酰化酶的定向进化

以前期工作中获得的一个可以直接转化头孢菌素C(CPC)为7-氨基头孢烷酸(7-ACA)的CPC酰化酶为基础,采用易错PCR,引入不同浓度的Mg2+和Mn2+,所得易错PCR产物经克隆、转化后进行初筛,共筛选了400株转化子,其中有35株酶活力得到提高。采用金属螯合亲和色谱法分离得到纯酶后再进行复筛,其中一株酶活力显著提高,转化率提高约35%。测序结果显示,该CPC酰化酶突变蛋白的编码序列中有两个碱基发生突变,使得第122位的丙氨酸被替换为缬氨酸。在最适条件下,该酶催化CPC生成7-ACA的转化率为95%。

自剪切及活性相关位点的组合突变提高头孢菌素C酰化酶水解活力

7-氨基头孢烷酸是合成头孢类抗生素的重要中间体,利用头孢菌素C酰化酶直接催化头孢菌素C获得7-氨基头孢烷酸的一步酶法与其它方法相比更加经济和环保,其关键是获得高活性的头孢菌素C酰化酶.本文以来源于Pseudomonas sp.KAC-1的Ⅰ类头孢菌素C酰化酶(CPCase-kac)蛋白序列为模版,对其基因进行全局优化设计,人工合成目的基因,并克隆至表达载体p ET28b,实现了CPCase-kac的高效表达.但是重组蛋白CPCase-kac表达活性较低,且自剪切不彻底,表达蛋白中存在前体形式的CPCase-kac,而头孢菌素C酰化酶的自剪切和活性往往相关.对CPCase-kac分子中影响活性的Y150、Q220、F347氨基酸位点进行饱和突变发现,活力提高的突变体Q220W、Q220G其第二次自剪切明显降低,而活力提高的突变体Y150R、Y150N、Y150H、Y150W及F347H、F347Y,自剪切却没有显著影响.将这些突变进行组合,最终得到了比活力提高了8.3倍的突变体Y150W/Q220G/F347Y.虽然Y150W/Q220G/F347Y突变体活性显著提高,但是其也具有Q220G较差的第二次剪切的特性.同时发现,外部条件改变可以影响CPCase前体或α’亚基的继续自剪切.这些发现为进一步提高CPCase-kac活性及应用打下了基础.

基于结构B因子分析指导的头孢菌素C酰化酶动力学稳定性改造

【目的】筛选Pseudomonas sp.SE83 acy Ⅱ定点饱和突变库,获得动力学稳定性提高的头孢菌素C(CPC)酰化酶突变体,并对突变酶进行初步的结构-功能关系分析。【方法】靶标酶Pseudomonas sp.SE83 acy Ⅱ与Pseudomonas diminuta N176具有较高的同源性,通过分析N176的结构B因子,构建CPC酰化酶SE83定点饱和突变库;基于pH指示剂显色法,采用Biomek FX^P自动工作站建立CPC酰化酶高通量筛选方法,获得优良突变酶,对其活性、稳定性等酶学性质进行表征;利用SWISS-MODEL对突变体进行同源建模,探讨突变体结构与功能的关系。【结果】通过B因子分析和同源结构比对,共找出9个靶标位点;经过3轮筛选,发现R218及K226位点突变显著提高酶的热稳定性,其中最显著的R218Q和K226V在40°C的半衰期分别为野生型的3.77和2.77倍,催化效率k_(cat)/K_m分别为野生型的1.8和3.1倍。同源建模分析表明氢键作用和疏水相互作用的增加可能是突变体稳定性提高的原因。【结论】B因子指导的酶分子改造是一种高效可靠的动力学稳定性改造策略,突变体R218Q和K226V均可提高CPC酰化酶的稳定性和催化效率,对进一步的CPC酰化酶分子改造具有一定的参考价值和指导意义。

头孢菌素C酰化酶的固定化

本研究采用传统的包埋法、吸附法和共价结合法固定化头孢菌素C酰化酶,以表观酶活力回收率为指标,结果显示共价结合法的固定效果较好,其中ES-1载体固定化酶的表观酶活力回收率约30.9%。优化ES-1载体固定化条件,当酶的载量为150 u/g,磷酸钾缓冲液浓度1.0 mol/L,p H 9.5,25℃轻微振荡12 h,固定化效果较好,表观酶活力为60.73 u/g,表观酶活力回收率约40.5%。

一步酶法生产7-氨基头孢烷酸的研究进展

7-氨基头孢烷酸是合成头孢类抗生素的重要中间体,一般由头孢菌素C通过化学法或生物酶法裂解脱去侧链分子制备得到。综述了头孢菌素C酰化酶的来源、特性及其基因的克隆和改造,表达与纯化,固定化及其催化工艺的研究,并展望了一步酶法生产7-氨基头孢烷酸的应用前景。

药物中间体7-氨基头孢烷酸的制备

药物中间体7-氨基头孢烷酸(7-ACA)的工业化生产国内多局限于化学裂解法,由于该法有某些缺点,因此,本文介绍了环保型的酶法催化生产7-ACA的制备方法。该制备方法以头孢菌素C为起始原料,经固定化D-AOD氧化酶和GL-脱酰酶的作用,酶法裂解制得7-ACA,得到7-ACA的总收率达到74%。实验结果说明该方法是可行的,并且具有重要的现实意义。本文还对影响反应的因素做了进一步的讨论。

CPC酰化酶基因的人工合成与重组表达

7-氨基头孢烷酸(7-ACA)是头孢菌素类抗生素的中间体,在医药工业中具有重要的应用价值。该文通过人工设计、合成并在重组大肠杆菌中表达头孢菌素C(CPC)酰化酶基因来实现7-ACA的一步酶法催化合成。以Pseudomonassp.SE83菌株的CPC酰化酶蛋白质序列为模板,对CPC酰化酶基因分两段进行了全局优化设计,包括密码子替换、鸟嘌呤和胞嘧啶含量调整以及酶切位点修改等。通过装配聚合酶链式反应方法最终获得了目标基因,并克隆至表达载体pET-28a,成功构建了诱导型重组大肠杆菌E.coli BL21(DE3)/pET28-acy。经异丙基-β-D-硫代半乳糖苷诱导,在Luria-Bertani培养基中,新建重组大肠杆菌所表达的可溶CPC酰化酶占菌体总蛋白的75%以上;经优化培养基摇瓶发酵,重组菌的CPC酰化酶酶活高达2956U/L。采用上述方法获得的CPC酰化酶,在一步酶法合成7-ACA的工业化生产中具有广阔的应用前景。