黄素依赖型卤化酶的研究进展及应用

卤化物在医药化工领域有着不可替代的地位,然而传统的有机化学卤代反应因其严苛的反应条件和高毒性而限制了推广应用。随着生物化学中酶反应的发展,卤代酶以高效率条件温和的特点被逐渐重视起来。在已发现的各类不同种类以及各样作用机理的卤代酶中,黄素依赖型卤代酶(flavin-dependent halogenases)具有良好的底物特异性以及稳定的催化位点选择性。而通过对蛋白结构的研究以及突变改进酶的特性,这类卤代酶被证明可以用于工业生产以及药物开发。尽管目前对于黄素依赖型的研究正处于起步阶段,但其广泛的分布性以及稳定可控的特性给未来的应用带来光明的前景。

黄素依赖型溴化酶XanJ参与黄单胞菌菌黄素的生物合成

黄单胞菌属病原菌能侵染约400种植物,造成严重的经济损失。黄单胞菌的一个重要特征是产生具有保护功能的菌黄素。菌黄素是一类含有两个溴修饰的芳香多烯类磷脂化合物,但负责溴修饰的基因及其溴化机理还不清楚。本研究以野油菜黄单胞菌XC1菌株和稻黄单胞菌PXO99A菌株菌黄素生物合成基因簇中的xanJ为研究对象,开展了生物信息学、遗传学、生物化学和病理学等方面的探究,初步阐明了xanJ的生物学功能。XanJ含有一个FAD结合结构域或一个色氨酸卤化酶结构域,拥有高度保守基序GXGXXG和WXWXIP,属于一类FAD依赖型卤化酶;xanJ敲除突变体无法合成双溴菌黄素,但仍能合成少量无溴化修饰的菌黄素;xanJ突变体中菌黄素前体3-羟基苯甲酸和4-羟基苯甲酸无积累;在xanJ突变体中过表达已知的酚类卤化酶基因ab10、bmp5、aerJ和mcnD无法恢复双溴菌黄素的生物合成;敲除xanJ不影响病原菌的胞外纤维素酶﹑胞外蛋白酶和胞外多糖的生物合成,也不影响对甘蓝的致病性。因此,XanJ可能负责菌黄素多烯链上β-碳原子的溴化,并参与菌黄素生物合成过程中的多烯链延伸。

黄素依赖型卤化酶的结构特点及工程改造

卤化物是通过卤化酶催化卤族元素在有机化合物上特定位置发生取代形成的一类化合物,具有独特的生理生化作用。黄素依赖型卤化酶具有良好的区域选择性,虽然有相似的黄素分子的结合位点,但在底物结合方面略有不同,对其结构和合成途径及结合蛋白质工程的随机诱变和定向改造的研究在工业应用中至关重要。讨论了具有高区域选择性的黄素依赖型卤化酶的结构特点及工程改造,以及经过工程改造后黄素依赖型卤化酶在工业生产中的应用。

黄素依赖型卤化酶及其应用研究进展

卤化物是农业、制药业和化学工业的重要原料,主要以化学法合成,该法具有环境不友好和合成条件苛刻等劣势。天然卤化物生物合成途径的关键酶为卤化酶,包括卤过氧化物酶(haloperoxidase,HPO)、α-酮戊二酸依赖型卤化酶(α-ketoglutarate dependent halogenase,KG-Hal)、S-腺苷甲硫氨酸依赖型卤化酶(S-adenosylmethionine-dependent halogenase)和黄素依赖型卤化酶(flavin-dependent halogenase,FDH)。其中,黄素依赖型卤化酶因其分布广泛、具有底物特异性和卤化位点选择性,是最具开发潜力的卤化酶。因此,本文对黄素依赖型卤化酶的结构、类型、催化机制及其应用研究进展进行综述,对利用基因分析和基因筛选方法寻找新型黄素依赖型卤化酶进行了展望。本综述有助于拓展黄素依赖型卤化酶的类型及其催化机制的知识,推动黄素依赖型卤化酶及其酶工程的研究,为新型卤化物的合成提供技术思路。

天然溴化:酶、底物和溴化机制

溴在自然界主要以可溶或不可溶的溴化物形式存在,溴化物在农业、化工、医药等领域具有广泛的应用潜力。动植物和微生物也可以利用溴化酶合成天然有机溴化物。随着越来越多的溴化酶被发现,溴化现象被认为是生物合成与代谢途径中的修饰策略之一。本文从以下五个方面综述了天然溴化研究领域的最新进展,包括:(1) 溴化物的分布;(2) 天然溴化物的生物学功能及其对生态环境的影响;(3) 天然溴化物的临床应用潜力;(4) 溴化酶的分类与作用机理;(5) 近期报道的溴化酶。最后,讨论了溴化酶研究领域未来急需解决的科学问题。

微生物卤化酶及其应用研究进展

由于卤素原子具有强大的电负性,它的存在可以改变化合物的物理化学性质和生物活性。尽管我们可以通过化学反应合成卤化物,但能量消耗大,易对环境造成污染。许多天然化合物含有卤素原子,自然界演化出多种卤化酶来负责这些化合物的卤化。本文综述了目前发现的各种卤化酶及其特征以及催化机理,简介了如何通过人工改造拓宽卤化酶的催化底物和提高其热稳定性两方面的研究进展,为进一步促进卤化酶在工业催化方面的应用提供理论依据。