胶原酶研究进展与应用

胶原蛋白广泛存在于有机体生命各组织,是构成生命体的基础性蛋白之一。胶原蛋白结构相对复杂、稳定性良好、不易受到普通蛋白酶的降解破坏。而基质金属蛋白酶和微生物胶原酶是为数不多能原位降解胶原蛋白的两类胶原酶,能够在生理环境下保持较高酶活力从而发挥作用,因此受到研究者的广泛关注。首先简要介绍胶原蛋白及其水解酶,其次重点介绍基质金属蛋白酶和微生物胶原酶的发掘历程和水解机理,然后综述这两类酶的最新研究进展及其在医疗诊治、食品加工、环境保护及组织工程等多方面的应用,最后总结胶原酶及胶原蛋白研究现状、研究难点和未来研究方向。     

1，3-丙二醇脱氢酶一步纯化与杂化凝胶固定化的初步研究

转录表达来源于Klebsiella．pl,3-丙二醇脱氢酶（PDH）基因片段的E．coli工程菌,在5L发酵罐、30℃、pH值7．0、200r／min（微氧）条件下培养20h;发酵菌体经破碎分离后所得样品通过HisTrap HP柱亲和层析一步纯化得到电泳纯的PDH,纯化倍数为2．94倍,活性回收率为50％,经SDS-PAGE电泳鉴定获得一条清晰条带,表达蛋白亚基相对分子质量约为41kDa。用改进的溶胶-凝胶法（杂化凝胶）包埋纯化酶,考察正硅酸乙酯（TEOS）浓度、海藻酸盐（ALG）浓度、CaCl2浓度及ALG与TEOS体积比等因素对酶固定化效果的影响,结果表明,较优包埋条件为：ρ（TEOS）=20g／L,ρ（ALG）=30g／L,ρ（CaCl2）40g／L,V（ALG）：V（TEOS）=3：1;由此制备的PDH的ALG-SiO2杂化凝胶保藏60天后酶活仍保持80％,进行批次反应时,反应3批后酶活保持70．3％,反应第6批时酶活剩余29.8％。     

酶工程：从人工设计到人工智能

计算机在酶工程中的应用使得酶的序列空间探索度不断被扩大。随着不同分子力场参数的建立,涌现出诸多以计算分子能量为基础的算法,并被用于酶的催化活性、稳定性、底物特异性等的改造与筛选。伴随计算机硬件的提升与算法的优化,从头设计全新功能的人工酶取得成功并得以发展。近年来,人工智能在蛋白质结构预测上不断获得突破,同时也被应用到酶的设计中。介绍了分子力场基础和酶设计与筛选的算法,重点阐述了从头设计的方法和成功案例,以及机器学习设计酶的流程和最新的研究进展,展望了人工智能在酶工程领域的未来发展,为酶的改造与全新功能的生物催化剂的设计助力。     

木糖醇发酵动力学研究

根据通用的分批发酵动力学模型，建立了莫格假丝酵母由木糖转化为木糖醇的发酵动力学模型，用遗传算法估算反应动力学模型参数。计算结果表明，该模型能较好地与实验结果相吻合。     

克雷伯杆菌生产1,3-丙二醇关键酶发酵条件研究

研究了克雷伯杆菌生产1,3-丙二醇关键酶(甘油脱氢酶、1,3-丙二醇氧化还原酶、甘油脱水酶)的发酵条件。研究各种碳源、无机氮源、有机氮源及无机盐对产酶的影响,应用均匀设计、神经网络和遗传算法优化发酵培养基组成,结果为(gL-1):甘油30、KCl 1.6、NH4Cl 6.7、CaCl2 0.28、酵母浸膏2.8。在温度37C、初始pH 7.0、摇床转速200rmin-1和接种量5%条件下,发酵24h,无细胞抽提液中甘油脱氢酶、1,3-丙二醇氧化还原酶和甘油脱水酶活力(U·mg-1)分别为9.16、18.72、0.48,发酵34h,发酵液中1,3-丙二醇(1,3-PD)最大浓度为7.96gL-1。代谢过程中关键酶酶活与1,3-PD峰值出现时间不一致,且提早于1,3-PD峰值的出现。此外,结果表明优化后的培养基去除了多种微量元素,克雷伯杆菌生产1,3-丙二醇关键酶可以在微氧条件下进行。     

乙醇脱氢酶氨基酸组成和最适温度均匀设计的神经网络模型

构建了乙醇脱氢酶氨基酸组成和最适温度的神经网络模型,并运用均匀设计优化神经网络结构。结果表明,当最小训练率为0．12,动态参数为0．6,Sigmoid参数为0．98,隐含层结点数为9时,神经网络的拓扑结构为最优。所得样本误差为0．00999,模型对温度预测的平均绝对百分比误差为5．13%,均方根误差为5．12℃,平均绝对误差为3．82℃,优于逐步回归计算的结果。     

开发可统计任意密码子用法的软件BestCodon

密码子偏好是自然现象,分析密码子的用法可以优化表达基因,即密码子优化,从而调节目的基因在特定宿主中的表达水平。现有密码子用法分析软件多数只限于单个密码子,适用于密码子对和密码子三联体的较少见。本文提出1种可统计任意密码子用法的软件结构,开发出1个密码子用法统计软件BestCodon,拥有序列检查和密码子用法统计2个模块。检查模块可代替人工校对,剔除输入序列中非规范字符,为后续分析提供正确的、符合规范的数据。统计模块根据用户指定的密码子组合类型,结果返回特定的密码子用法表。本文还探讨序列检查和密码子用法统计中计算机的运算特性,结果表明该软件检查1条长达150000 bp的序列仅耗时约0.2 s,而从中统计密码子十联体的用法仅耗时约0.1 s。     

主成分分析的神经网络及其在木聚糖酶最适pH建模中的应用

木聚糖酶结构与功能、性质的关系错综复杂，传统的回归分析往往不能满足要求。本文采用主成分分析法对样本数据集进行预处理，将得到的新样本数据集输入神经网络，籍助于均匀设计（UD），构建了木聚糖酶氨基酸组成和最适pH的模型。当学习速率为0．08、动态参数为0．7、Sigmoid参数为0．92，隐含层结点数为9时，模型的拟合残差为0．00109，对pH值拟合的平均绝对百分比误差为3．29％，同时具有良好的预测效果，预测的平均绝对误差为0．59个pH单位。比文献报道的用逐步回归方法更好。     

膜反应器中辅酶再生体系的构建与研究进展

在膜反应器中基于膜介质支持构建辅酶再生的酶催化体系并实现酶促反应的连续进行是辅酶依赖型生物酶工业化应用的一个有效技术手段。本文总结了辅酶再生的意义与辅酶再生体系在膜反应器中的构建情况,并提出了在这过程中所需注意的问题及解决思路。     

基于遗传算法的木糖醇发酵培养基优化研究

运用遗传算法,对利用莫格假丝酵母由木糖生产木糖醇的发酵培养基优化进行研究,用４０个实验样本完成了６种培养基成份,５０个浓度水平的优化任务。实验结果表明：利用遗传算法可优化培养基成份富量,取得更好的发酵效果。按照优化后的培养基组成,由５０ｇ／Ｌ木糖获得了２９．７ｇ／Ｌ木糖醇,比优化前提高５．７％。