抗菌药物靶标丙氨酸消旋酶及其抑制剂研究进展

抗生素的滥用和人口的大量流动使得病原菌耐药性增强并与其他病原体产生共感染等问题,严重威胁人类的生命安全,因此,研发新型抗菌药物成为人类亟待解决的问题。丙氨酸消旋酶是以磷酸吡哆醛为辅酶催化L-丙氨酸与D-丙氨酸旋光结构互换的一类异构酶,其消旋产物D-丙氨酸对细菌细胞壁的形成具有决定性作用,与细菌性疾病密切相关。抑制丙氨酸消旋酶的活性会影响细菌的生存,近年来成为设计抗菌药物的一个理想靶位,其抑制剂的开发已成为抗菌药物研发的热点。本文从丙氨酸消旋酶的来源、结构、功能、应用及抑制剂等方面进行系统阐述,并对丙氨酸消旋酶的研究提出新的策略,为进一步研究丙氨酸消旋酶与致病菌的关系及抗菌药物候选靶标的研究提供理论基础。     

通过易错PCR提高鼠伤寒沙门氏菌丙氨酸消旋酶催化活性

[目的] 通过易错PCR技术提高鼠伤寒沙门氏菌中丙氨酸消旋酶的催化活性。[方法] 利用易错PCR技术构建丙氨酸消旋酶基因alr_St的突变体文库,采用缺陷菌株UT5028筛选突变体基因,以D-氨基酸氧化酶偶联法检测各突变蛋白的活性,通过凝胶过滤层析法分析酶蛋白寡聚化状态,并采用HPLC检测酶蛋白的动力学参数。[结果] 经过易错PCR及定点突变技术最终获得了3个催化活性有所提高的突变体A3V、Y343H和A3VY343H,酶学特性分析发现,与野生型蛋白StAlr相比,突变体Y343H仅对底物L/D-丝氨酸的催化效率略有提高,k_cat/K_m值分别是StAlr的2.01和3.68倍;而突变体A3V则对底物L/D-丙氨酸或L/D-丝氨酸的K_m、k_cat和k_cat/K_m值均有较大幅度的改变,其k_cat/K_m值分别是StAlr的105.51、97.36、4.63和10.73倍。凝胶过滤层析结果显示,突变体A3V在蛋白含量极低时就呈现出单体和二聚体共存状态,且随着蛋白含量的增加,其向二聚体状态迁移的速率最为明显。[结论] 丙氨酸消旋酶StAlr的第3位点是影响其催化活性和低聚合状态的关键位点。     

丙氨酸消旋酶C-端结构域重组体的构建及其功能初探

[目的]将嗜碱芽孢杆菌丙氨酸消旋酶OF4DadX的N-端结构域分别与多个不同种属的丙氨酸消旋酶C-端结构域重组,探究丙氨酸消旋酶C-端结构域功能.[方法]利用基因拼接构建丙氨酸消旋酶重组基因,通过镍亲和层析纯化酶蛋白,采用D-氨基酸氧化酶偶联法检测重组酶蛋白的酶学特性,借助分子筛和HPLC液相色谱分析其聚合状态及动力学...     

腾冲嗜热厌氧菌丙氨酸消旋酶底物通道氨基酸位点的功能

【目的】通过定点突变探究腾冲嗜热厌氧菌MB4中生物合成型丙氨酸消旋酶Tt Alr底物通道内氨基酸位点A172和S173的功能。【方法】利用定点突变PCR技术构建突变体,通过亲和层析法纯化酶蛋白,采用D-氨基酸氧化酶偶联法检测各突变蛋白的活性及其稳定性。【结果】通过定点突变PCR成功得到8个突变体,酶学特性分析发现,A172位点突变为丝氨酸(S)后酶蛋白的相对活性有所提升,但含有该位点突变的酶蛋白稳定性均大幅下降;S173位点突变为天门冬氨酸(D)后导致突变体蛋白的最适反应温度提升了15°C,半衰期大幅延长,但相对活性明显下降。【结论】丙氨酸消旋酶Tt Alr底物通道内A172和S173位点均是影响酶蛋白催化活性和稳定性的关键位点。     

恶臭假单胞菌丙氨酸消旋酶基因的克隆、序列分析及表达

从恶臭假单胞菌(Pseudomonas putida)200的基因组出发,用PCR方法克隆到两个独立作用的丙氨酸消旋酶基因,称之为dadX和alr。DadX编码357个氨基酸长的多肽,计算分子量为38.82kDa,alr编码409个氨基酸长的多肽,计算分子量为44.182kDa。序列分析显示,DadX的氨基酸序列与Pseudomonas putidaKT2440,铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa),鼠伤寒沙门氏菌(Salmonella typhimurium)和大肠杆菌(Escherichia coli)的DadX比较,相似性分别为96.64%、71.99%、44.88%和47.37%。Alr的氨基酸序列与Pseudomonas putidaKT2440比较,同源性为94.38%,而与铜绿假单胞菌(P.aeruginosa)、鼠伤寒沙门氏菌(S.typhimurium)和大肠杆菌(E.coli)的Alr比较,同源性均较低,分别为22.89%、25.72%和26.44%。在P.putida200的DadX和Alr氨基酸序列中部发现有对于酶活性至关重要的保守区域,如磷酸吡哆醛(PLP)结合位点。DadX和alr在大肠杆菌中得到表达,DadX丙氨酸消旋酶只对丙氨酸有消旋作用,而Alr丙氨酸消旋酶可以作用于丙氨酸和丝氨酸两种底物,且对丝氨酸特异性更高。Alr的表达不依赖于外源启动子,说明在其结构基因上游存在启动子结构。     

西黑冠长臂猿粪便微生物宏基因组来源的丙氨酸消旋酶的异源表达及性质研究

丙氨酸消旋酶是异构酶家族中一类重要的酶,既能作为新型抗菌药物筛选的靶标,又是酶法合成D-氨基酸的关键酶之一,有巨大的研究价值.[目的]为挖掘动物胃肠道中未培养微生物的丙氨酸消旋酶基因资源,探究不同微生物来源丙氨酸消旋酶基因及其酶的功能和性质.[方法]本研究从西黑冠长臂猿粪便微生物宏基因组出发,基于序列分析和基因功能注释...     

以结核分枝杆菌丙氨酸消旋酶为靶点的抗结核药物筛选及其与D-环丝氨酸的共结晶

【目的】阐释结核分枝杆菌丙氨酸消旋酶原有抑制剂D-环丝氨酸的作用机制,建立丙氨酸消旋酶抑制剂的高通量筛选模型,并用此模型筛选到新的抑制剂分子。【方法】将结核分枝杆菌中丙氨酸消旋酶基因克隆到pET-28a表达载体中,在大肠杆菌BL21(DE3)菌株中得到可溶性的大量表达。表达后的蛋白质通过镍离子亲和层析和阴离子交换层析得到纯化,一方面将纯化后的蛋白和D-环丝氨酸共结晶以解析其抑制剂作用的分子机制。另一方面建立并优化丙氨酸消旋酶抑制剂的高通量筛选体系,用D-环丝氨酸验证体系的可行性并用该体系筛选本实验室药物库中的384种小分子片段、792种化合物及2 200种中药样品。【结果】得到的共晶晶体衍射能力2.50?,晶体空间群为P41212,晶胞参数a=b=163.92?,c=57.44?。结构分析表明,D-环丝氨酸进入活性位点之后与磷酸吡哆醛相互作用形成磷酸吡哆胺,使得磷酸吡哆醛的C4?原子与K42之间的相互作用被破坏,从而改变了结核分枝杆菌丙氨酸消旋酶的活性中心氢键网络。同时经D-环丝氨酸验证建立的抑制剂筛选体系可行,获得阳性化合物分子2个。【结论】依据我们所建立的高通量筛选体系可以有效地为结核分枝杆菌丙氨酸消旋酶筛选到可信的抑制剂分子。     

聚ADP-核糖聚合酶:疾病治疗新靶位

聚ADP-核糖聚合酶[Poly(ADP-ribose)polymerase,PARP]是一类存在于绝大多数真核生物中能催化多聚ADP核糖基化的细胞核酶,结构比较保守,主要包括三个结构域：DNA结合域、自身修饰域、催化域。该介绍PARP家族成员的结构与功能,并强调了PARP在疾病治疗过程中作为治疗靶位的研究。     

小鼠丝氨酸消旋酶的克隆、表达与纯化

丝氨酸消旋酶(Serine Racemase,SR)是一种磷酸吡多醛依赖酶,在ATP和Mg2+的辅助下,催化L型丝氨酸转变为D型丝氨酸,D-丝氨酸通过结合在NMDA受体的Gly结合位点,调节其生理功能。本文将小鼠来源的丝氨酸消旋酶基因克隆至原核表达载体pMAL-C2上,构建重组质粒pMAL-C2-SR。将重组质粒转入E.coil BL21(DE3)宿主菌中,经IPTG诱导,获得重组表达。重组蛋白带有MBP标签,经Amylose亲合柱和Sephacryl S-200纯化,获得电泳纯的目的蛋白。     

治疗酶的研究进展

随着生物技术和现代药剂学研究的进展,酶类药物的应用取得了快速发展,已成为生物药物的一个重要门类。以下对治疗用酶的新品种、作用机理和新技术在治疗酶中的应用、酶作为药物靶点的应用等进行了回顾,并对未来治疗酶的发展方向进行了讨论。     

HDACs去乙酰化酶非依赖性作用在疾病中的研究进展

组蛋白去乙酰化酶(histone deacetylases, HDACs)参与并调节众多生理病理进程,在机体内发挥重要作用。近年来越来越多的文献报道HDACs家族成员具有独立于去乙酰化酶活性的作用。本文围绕四类HDACs,综述了其最新的去乙酰化酶非依赖性调控作用,主要介绍它们的结构、生物学功能以及和疾病的关系,旨在从其结构特点揭示不同的生物学功能,进而探究对疾病发生发展的影响。去乙酰化酶非依赖性作用的研究不仅有助于对HDACs在疾病发生发展中的作用及机制的全新理解,也为以HDACs功能为靶点的新药研发提供新的思路。     

水稻种子萌发过程中氰丙氨酸合酶的活性变化与分布

水稻(秀水11)种子在吸涨3d后氰丙氨酸合酶(CAS)活性才开始出现,其根、叶和胚乳中的CAS活性在萌发过程中均呈不断上升趋势,根中的CAS活性始终明显高于叶和胚乳,而萌发前期叶片CAS活性明显高于胚乳,但后期二者几乎相当。电泳结果显示其叶片、根和胚乳中均含有两种CAS同工酶,根和胚乳中CAS1(迁移率较小者)的活性明显高于CAS2(迁移率较大者),而叶片中二者的活性相差不大。叶片细胞质中上述两种CAS同工酶都有,而线粒体中只有CAS1,叶绿体中两种CAS都没有。     

疾病治疗及药物制备用酶的研究进展

生物技术的发展及对疾病机理的深入研究,使酶逐步应用于疾病治疗.与此同时,以酶作为催化剂制备非天然有机化合物具有反应条件温和、催化效率高、特异性高、选择性强、副反应少等优点.因而,酶也在药物制造方面展现了巨大潜力.此外,基因工程、酶化学修饰和固定化技术的应用进一步改善了酶的功能.基于此,文中结合本课题组的相关研究,综述了...     

Val22对恶臭假单胞菌扁桃酸消旋酶催化活性的影响

恶臭假单胞菌扁桃酸消旋酶的Val22位于20 s环状结构上, 是与底物结合相关的氨基酸之一。其中Val被替换为Arg后酶活性下降了75.9%。除了酶与底物疏水作用减弱以外, 静电排斥作用增强也可能引起活性的下降。利用分子动力学模拟对酶与底物的米氏复合物进行分析, 结果表明: 突变后第22位氨基酸侧链与底物的静电势从0.036 kJ/mol升高至0.124 kJ/mol。这说明氨基酸侧链极性的改变增加了侧链与底物分子之间的静电排斥作用, 因而静电排斥作用也是导致突变体活性下降的原因之一。同时, 突变后系统势能增加了283 kJ/mol, 进一步证实了第22位氨基酸侧链极性和带电性质的改变导致酶与底物结合状态的势能增大, 从而引起活性大幅下降。因此, 将来对酶的结合口袋区域进行理性设计时, 除了考虑空间位阻效应外, 还需考虑疏水作用和静电作用。     

双酶偶联转化富马酸制备β-丙氨酸的工艺的建立与优化

酶转化法是生产β-丙氨酸的重要途径,但单一酶法转化存在底物价格较高的问题。通过构建双酶催化体系制备β-丙氨酸,即将来源于大肠杆菌的天冬氨酸酶(AspA)和来源于谷氨酸棒杆菌的L-天冬氨酸α-脱羧酶(PanD)偶联,以富马酸和氨为底物进行酶促反应合成β-丙氨酸。催化反应中AspA与PanD的最适加酶比例为1∶80,其中AspA的浓度为10μg/mL,转化温度为37℃,pH为7.0;浓度为100 mmol/L的富马酸可在8 h内被完全转化,转化率为100%,摩尔产率为90.9%,β-丙氨酸的产量为90 mmol/L,约为7 g/L;浓度为200 mmol/L的富马酸在反应8 h后,体系中β-丙氨酸的产量为126 mmol/L,约合9.8 g/L,继续延长反应时间,转化率并没有明显提高。根据该研究提出的双酶偶联转化工艺可将价格低廉的富马酸一步转化为具有高附加值的β-丙氨酸。     

地中海拟无枝酸杆菌甲基丙二酰CoA变位酶和消旋酶的纯化及性质

采用原生质体裂解方法确定甲基丙二酰CoA变位酶(MCM)和消旋酶(MCR)均是胞浆内酶。各经过四步纯化得到电泳纯酶。纯化MCM酶的比活力为12.84u/mg,纯化倍数为528,酶活回收为60％,纯化的MCM酶服从典型的米氏底物饱和曲线,对琥珀酰CoA和辅酶B_(12)的K_m值分别为9.723#mol/L和0.1277#mol/L。经SephadexG-150测定MCM分子量约为134.000±2000,SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳显示两条分子量分别为67000和65000的蛋白带,说明该酶由两个大小不等亚基组成。吸收光谱测定每摩尔纯化全酶含两摩尔辅酶B_(12)。纯化MCR酶比活力为2.305u/mg,纯化倍数96,酶活回收46.7％。MCR酶由两个分子量均为17500的亚基组成。MCR酶活性能被二价金属离子Cu²⁺、Co²⁺、Mg²⁺、Mn²⁺和Fe²⁺所促进。两酶的酶学性质和其他生物来源的MCM、MCR酶明显相似。     

新型扁桃酸消旋酶的基因挖掘和性能表征

消旋酶是实现手性化合物去消旋化制备光学纯化学品的重要工具,来源于恶臭假单胞菌的扁桃酸消旋酶(MR),是目前唯一可以催化两种构型扁桃酸互相转换的消旋酶。通过基因组数据挖掘获得了9个新的扁桃酸消旋酶基因及活性蛋白,其中来源于放射性土壤杆菌Agrobacterium radiobacter的Ar MR酶对扁桃酸和邻氯扁桃酸具有较高的催化活力,而且该酶的异源表达水平也较理想。ArMR催化扁桃酸消旋反应的最适温度为50℃,最适pH为7.8。该酶在30℃、40℃和50℃下的半衰期分别为70.7、7.2、0.17 h。ArMR对(R)-和(S)-扁桃酸的K_M值分别为1.44 mmol/L和0.81 mmol/L,k_(cat)值分别为410 s~(–1)和218 s~(–1);对(R)-和(S)-邻氯扁桃酸的KM值分别为6.48 mmol/L和6.37 mmol/L,而k_(cat)值为0.22 s~(–1)和0.23 s~(–1)。Mg~(2+)和Mn~(2+)对该酶的活力有促进作用,而Zn~(2+)使其完全失活。新型扁桃酸消旋酶的发现和表征为今后此类酶的深入研究和开发提供了更多资源和数据参考。     

微生物酶转化合成手性药物的研究进展

通过微生物酶催化不对称合成反应或拆分外消旋体合成医药手性中间体具有独特的优势。结合作者自身近年来在该技术领域的实践对相关课题作了介绍,总结了微生物酶催化不对称反应和拆分反应得到手性药物的研究进展。     

纳米酶在疾病治疗中的研究与应用

纳米酶是一种新型的具有类酶活性的纳米颗粒人工酶,在生物检测、抗炎、抗氧化损伤和癌症治疗等疾病诊断和治疗领域展现出良好的应用前景。本文总结了具有不同类酶活性的纳米酶在疾病诊治中的应用,并对影响纳米酶活性的主要影响因素进行了阐述,将使相关研究人员更好地了解纳米酶的发展现状,并提供后续研究的相关线索。