枯草杆菌蛋白耐热性改造区域的识别

热稳定性相关区域的识别是蛋白耐热性改造的关键问题之一。本文以枯草杆菌蛋白（SUBTILISIN BPN）为研究对象,通过枯草杆菌蛋白同源家族序列的统计耦联分析,提取枯草杆菌蛋白中的保守残基和强耦联残基,并运用分子动力学模拟方法,提取枯草杆菌蛋白表面候选突变残基,综合上述结果,提出了枯草杆菌蛋白表面耐热性改造关键区域的识别方法,并利用该方法确定了枯草杆菌蛋白表面的10个耐热性改造关键区域。将该结果与已有的耐热性突变实验资料进行了对比,发现其中的7个预测区域与实验结果吻合。结果验证了该方法可以较好地识别蛋白耐热性改造关键区域。     

枯草杆菌核糖体蛋白质突变对碱性蛋白酶基因表达的影响

用枯草杆菌体外转录-翻译偶联系统检测13种19株枯草杆菌核糖体蛋白质突变对碱性蛋白酶基因表达的影响,发现10种13株核糖体蛋白质突变能影响碱性蛋白酶基因的表达。其中依赖链霉素突变核糖体几乎不能翻译碱性蛋白酶mRNA。依赖链霉素突变在翻译层次抑制碱性蛋白酶基因的表达,但对中性蛋白酶基因的表达没有影响。在碱性蛋白酶mRNA翻译起始区有一个复合二级结构,用体外突变方法破坏其中一个,翻译效率提高8.2倍。依赖链霉素突变和抗链霉素突变核糖体的高级结构不同,与碱性蛋白酶mRNA 5'端片段的亲合力也有差异。由于碱性蛋白酶mRNA翻译起始区的复合二级结构和低起始强度以及依赖链霉素突变核糖体高级结构的改变,使依赖链霉素突变核糖体不能翻译碱性蛋白酶mRNA。     

一种改进的快速PCR定点突变技术

在基因工程与蛋白质工程研究中常常用到基因突变技术制备突变体,用于研究基因调控、蛋白质的结构与功能。本项研究在快速PCR定点突变技术的基础上,改进实验方法,简化实验步骤,以适用蛋白质结构改造研究的需要。建立的突变技术仅需一次PCR反应即可完成基因的定点突变,突变效率为79.6%左右。该法对1～3个连续碱基的突变和对间隔4个甚至多达15个碱基的数个密码子突变效果都很好。     

枯草杆菌蛋白酶E基因多位点定点突变库的构建及其筛选

利用化学合成的15个寡聚核苷酸片段作为诱变引物,同时对枯草杆菌蛋白酶E(Subtilisin E或Apr E)基因进行体外突变,获得了合全部突变位点各种随机组合突变的突变库,通过点杂交法和DNA序列分析肯定了该突变库的可靠性.从突变库中选择一单点突变(Met222Ala)和3点突变(Asn76Asp/Asn109Ser/Ile205Cys)的基因进行克隆、表达和产物的酶学性质研究,发现其抗氧化性和热稳定性分别比野生型的有显著提高,与文献报道的一致.表明了该突变库在枯草杆菌蛋白酶工程研究中的应用价值.     

枯草杆菌蛋白酶E的分子动力学模拟和随机动力学模拟

在同源蛋白质序列比较的基础上;利用毕汝昌小组计算机图象系统得到的粗结构,作了能量极小化,分子动力学模拟,随机动力学模拟,得到了枯草杆菌蛋白酶的空间结构.并将该结构与已知同源蛋白质的空间结构进行了比较.     

残基突变对冷休克蛋白热稳定性影响的计算分析研究(英文)

残基突变是提高蛋白质热稳定性最直接有效的方式。在本文中,我们选取一对冷休克蛋白质作为研究对象,其中一个来自嗜温的Bacillus subtilis(Bs-CspB),另一个来自嗜热的Bacillus caldolyticus(Bc-Csp),这两个蛋白质在序列和结构上具有高度的相似性,但两者的耐热能力却相差很大。我们利用全原子模型计算残基突变前后蛋白质的自由能和氨基酸之间相互作用能的变化,分析残基突变对冷休克蛋白热稳定性的影响。通过对比两个蛋白质对应位置上残基的能量,我们成功鉴别出对Bc-Csp的高热稳定性有突出贡献的残基。我们计算了这些残基突变前后,该残基的静电相互作用和范德华相互作用的变化,以分析该残基对Bc-Csp高热稳定性的主要贡献。同时,我们分析了离子键对蛋白质热稳定性的贡献。我们的计算结果和实验结果吻合得很好,关键在于利用该方法可以详细地说明残基突变影响蛋白质热稳定性的根本原因。本文为研究残基突变对蛋白质热稳定性的影响提供了一种计算思路和方法,并有助于设计具有高耐热能力的蛋白质。     

枯草杆菌蛋白酶E的156和165位突变

应用定点突变方法,在M222A突变的枯草杆菌蛋白酶E基因上进行E156S和V165I定点突变. 将突变基因插入大肠杆菌-枯草杆菌穿梭质粒pBE-2中,在碱性和中性蛋白酶缺陷型的枯草杆菌DB104中进行表达,得到突变种(M222A,E156S)和(M222A,E156S,V165I)蛋白酶E. 性质测定表明,E156S突变使蛋白酶比活力增加90%,并不影响酶的热稳定性和抗氧化性. 而V165I突变使蛋白酶比活力降低.     

慢分泌突变基因的构建及其应用研究

利用同阅读框插入突变方法,在编码枯草杆菌中性蛋白酶基因(nprE)的前肽部分插入了一段约300bp的人体cDNA顺序。此顺序对nprE基因的体内转译及基因产物的加工,折叠无明显影响,但使蛋白质分泌速率下降了10倍以上。本文还报道应用此慢分泌突变基因通过诱变得到了影响枯草杆菌蛋白酶产量的温度敏巷突变体,以及对此突变体初步鉴定的结果。     

枯草杆菌蛋白酶基因工程的研究进展

本文介绍了枯草杆菌蛋白酶(Subtilisin)的研究现状,即利用定位诱变和体外重组等技术改变酶的性质,包括催化活性、底物特异性、稳定性、低温适应性以及酶在有机相中的性能等。对枯草杆菌蛋白酶的成功改造不仅有可观的商业价值,而且为蛋白质工程的发展作出了重要的贡献 。     

应用于二维电泳细胞蛋白质样品提取的复合蛋白酶抑制剂的优化

阿维链霉菌在复合培养基中生长时合成大量蛋白酶以满足菌体分解有机氮源进行生长代谢的需要。而大量蛋白酶的存在对二维电泳的蛋白质组分析细胞蛋白质样品的提取带来了很大的困难。根据阿维链霉菌胞内蛋白酶的组成,以EDTA、PMSF、Bestatin、Pepstatin和E-64等5种蛋白酶抑制剂为基础,通过单因子实验和正交实验优化得到了高效的蛋白酶抑制剂复合配方。验证实验表明,该复合蛋白酶抑制剂在阿维链霉菌细胞蛋白质样品提取中,具有良好的蛋白酶活性抑制效果。     

工业应用上性能改进的工程酶

有四种工业上重要的酶种,经工程改造后改进了它们在工业应用上的性能。 枯草杆菌蛋白酶,通常加在洗衣粉中,去除蛋白质沾污效果很好。但漂白剂能使天然枯草杆菌蛋白酶失去活性。把解淀粉芽孢杆菌蛋白酶BPN'中对氧化敏感的222号甲硫氨酸换成抗氧化的氨基酸,如丙氨酸、丝氨酸或谷氨酰胺。这种酶在1M过氧化氢中仍保持活性。另外,用亮氨酸取代217位置上的酪氨酸残基,则BPN'对合成基质的水解能力比野生型酶高10倍以上。证明只要改变一个氨基酸,就能大大改进枯草杆菌蛋白酶BPN'在洗涤剂中的应用。     

应用定点突变与分子模建方法研究蛋白酶抑制剂eglin C突变体对蛋白酶furin和kexin的抑制活力

蛋白质前体加工酶参与许多重要蛋白质闪体的加工成熟过程,哺乳动物来源的furin和酵母中的kexin是该家族的重要成员。首先人工合成了编码枯草杆菌蛋白酶抑制剂eglin C的基因片段,组装后在大肠杆菌中得到表达。以定点突变方法在野生型eglin C抑制活性中心的P1、P2和P4位引入碱性氨基酸残基可以将其改造为很强的furin抑制剂（Ki约10^-9mol/L）,和kexin抑制剂（Ki约10^-11mol/L）。同时根据枯草杆菌蛋白酶和eglin C复合物的晶体结构,计算机同源模建了前体加工酶与eglin C突变体结构之间的相互作用,并结合实验数据得到以下结果：（1）P1位引入的碱性残基是该抑制剂活力的前提;（2）P4位碱性残基的引入可以极大地提高抑制剂活力约两个数量级;（3）P2 的碱性残基将有效提高抑制剂的活力。然而同时可以破坏抑制剂本身的稳定性。（4）野生型P3位的疏水性残基参与抑制剂活性环附近疏水核心的构成。     

枯草杆菌蛋白酶基因工程的研究进展

本文介绍了枯草杆菌蛋白酶（Ｓｕｂｔｉｌｉｓｉｎ）的研究现状,即利用定位诱变和体外重组等技术改变酶的性质,包括催化活性、底物特异性、稳定性、低温适应性以及酶在有机相中的性能等。对枯草杆菌蛋白酶的成功改造不仅有可观的商业价值,而且为蛋白质工程的发展作出了重要的贡献。     

枯草杆菌蛋白酶与蛋白质工程

在以蛋白质三维结构及其与功能关系为基础的蛋白质工程的兴起中,枯草杆菌蛋白酶的定位诱变起了重要作用。以该酶为代表的蛋白质的工程研究,反映了这种生物技术所取得的进展和存在的主要问题。虽然,为了达到工程改造蛋白质的目标仍需要做大量基础性研究,但目前取得的成果足以说明蛋白质工程发展的光明前景。     

基于氨基酸序列预测蛋白质功能性点突变位点

突变是研究蛋白质结构和功能的重要方法。点突变实验中,突变位点的选择随机性大,若能对突变后蛋白质功能是否发生变化做出预测,将大大减少实验的盲目性。为此,作者设计了一个基于信号处理的单点替换突变预测模型,对序列上每个位点所有可能的氨基酸替换的效果进行估计。使用蛋白质突变数据库(Protein Mutant Database,PMD)里的11个蛋白共2600多个点突变的数据集,对以上模型进行了验证。结果表明正确率高达81.2%,并且推荐出的替换选择位点仅占所有可能替换突变的3.1%。在体外定点突变实验中,使用本模型推荐的高可能性功能突变位点将有助于提高实验的成功率。该模型使用蛋白质的氨基酸序列信息,特别是对未知结构的蛋白质同样适用。然而,由于缺乏足够的突变实验数据,本模型的应用仍需进一步完善和验证。     

枯草杆菌蛋白酶E的蛋白质工程

用定点突变和随机突变的方法,对枯草杆菌碱性蛋白酶E基因进行改造。突变后的基因插入大肠杆菌-枯草杆菌穿梭质粒pBE-2中,在碱性和中性蛋白酶缺陷型的枯草杆菌DBl04中进行表达,得到突变种的碱性蛋白酶．它们的突变位点分别是(M222A)、(M222A、N118S)、(M222A、N118S、Q103R)、(M222A、N118S、Q103R、D60N)。各突变种酶的性质测定 结果表明．M222A突变使酶抗氧化,N118S突变使酶增加热稳定性,Q103R和D60N突变虽然能增加酶的比活,但使酶的热稳定性大大下降,尤其是D60N突变使酶变得极不稳定。野生型碱性蛋白酶与(M222A)突变种的等电点均为8．92．而M222A,N118S)。(M222A,N118S ,Ql03R)和(M222A,118S．Q103R,D60N)突变酶分别为8.88．9.10和9．17。用Nsuc-AAPF-pNA作为底物时酶反应景适pH值为7.5～9.5,而用酪蛋白底物时最适pH值为10～12。     

产朊假丝酵母细胞壁33 ku蛋白的功能研究

通过胰蛋白酶和枯草杆菌蛋白酶对产朊假丝酵母Candida utilis细胞壁的酶解,发现一种分子质量为33 ku的酵母细胞壁主要结构蛋白. 研究显示,在细胞壁上这种蛋白质与细胞壁绝大多数蛋白质成分不同, 它不被胰蛋白酶水解,但对枯草杆菌蛋白酶的作用敏感.33 ku蛋白存在于酵母菌整个对数生长期的细胞壁中,特别是在对数早期细胞壁中,它是唯一的对胰蛋白酶作用不敏感的蛋白质成分.实验证明,该蛋白质对维系酵母细胞壁骨架成分葡聚糖的相互连接和细胞壁的完整结构,具有重要作用,是一种重要的酵母细胞壁嵌合蛋白.     

枯草杆菌碱性蛋白酶Ki 2基因的序列测定及M222A定点突变

含有枯草杆菌碱性蛋白酶Ｋｉ-２基因的１.９ｋｂＤＮＡ片段用限制酶切成几个小片段,将这些片段分别插入Ｍ１３ｍｐ１８或Ｍ１３ｍｐ１９中,用通用测序引物测得全序列。所得全序列与蛋白酶Ｅ相比较,在结构基因部分仅有８个碱基不同,由此而导致两个氨基酸的差异。此１.９ｋｂ的片段插入枯草杆菌大肠杆菌穿梭质粒Ｐｂｅ-２,得到的重组质粒转化蛋白酶缺陷型的枯草芽孢杆菌ＤＢ１０４,结果表明枯草杆菌碱性蛋白酶Ｋｉ-２基因在ＤＢ１０４中能利用自身的调控元件表达并分泌到胞外。将Ｋｉ-２蛋白酶的２２２位甲硫氨酸突变成丙氨酸,突变后的Ｋｉ-２蛋白酶具有抗氧化性,但比活性比野生型的约低１倍     

枯草杆菌蛋白酶的纯化及酶学性质

本文利用实验室保存的枯草杆菌发酵产生枯草杆菌蛋白酶,并经(NH4)2SO4盐析和CM-sepharose Fast Flow对枯草杆菌蛋白酶进行纯化,用SDSPAGE检测纯化效果,显示该酶分子量低于14kDa,并对蛋白酶的酶学性质、体外溶栓特性及溶栓机理进行初步探讨,其最适反应温度为60-70℃,但50℃以下稳定性良好,最适反应pH为7,pH6-8稳定。     

蛋白酶及其抑制剂关键活性位点研究进展

蛋白酶广泛存在于生物体中,参与分解蛋白质,维持生物体正常的生命活动。蛋白酶抑制剂通过与蛋白酶活性位点结合调控靶蛋白酶活性,从而影响蛋白质代谢。蛋白酶及其抑制剂关键氨基酸的突变,可以影响其生理功能、稳定性、催化活性、抑制特异性等。通过挖掘自然界蛋白酶及其抑制剂的各种突变体,分析它们的关键活性位点,并运用蛋白质工程手段改造和设计活性更强、稳定性更高、特异性更好、环境更友好、成本更低的蛋白酶及其抑制剂,已成为当前的热点研究之一。文中对近年来蛋白酶及其抑制剂关键活性位点研究进行了简要综述,以期深化人们对蛋白酶及其抑制剂活性作用机制的认识,并为蛋白酶及其抑制剂的生物学活性改造研究提供理论参考。