孤对电子杂环化合物的代谢化学和生物学研究进展

地球环境特别是化石燃料中存在着大量含硫,氮和氧孤对电子杂环化合物.对孤对电子杂环化合物代谢机制的研究具有重要的科学意义和实践价值.生物法降解这些杂环化合物具有较化学法无可比拟的优势,主要表现在生物法具有反应专一性好,反应条件温和,可实现许多化学上难以实现的反应.本文结合课题组的近期研究,尝试论述国内外的部分研究进展.     

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.     

高效转化胆固醇菌株的筛选、鉴定及转化条件优化

胆固醇由甾体母核和侧链构成,是一种新的甾体资源.以胆固醇为唯一碳源的选择培养基,利用富集培养法从土壤中筛选出一株细菌,编号5901.该菌能够快速高效转化胆固醇,专一性生成4-胆甾烯-3-酮.经形态学观察和16S rDNA序列比对分析,该菌株为Rhodococcus sp.该菌株转化胆固醇的最优条件为:生长温度和转化温度均为30℃,初始pH 8.0.胆固醇质量浓度为5 g/L,反应24 h后,胆固醇转化率为95%.本研究表明,590 1菌株较之前报道的菌株,底物浓度高,转化速率快,也可以催化其它甾体化合物的3β-羟基氧化和5位双键位移反应,具有潜在的研究和应用价值.