一个有利于细胞色素P450BM-3催化吲哚合成靛蓝的三位点突变酶:D168L/E435T/V445A

为进一步提高P450 BM-3催化吲哚合成靛蓝的能力,在前期获得的突变酶D168L/E435T基础上引入V445A突变,获得突变酶D168L/E435T/V445A,该突变酶与D168L/E435T及V445A相比,对吲哚的亲和力分别降低41.5%及35.8%,转化数(kcat)分别提高1.61倍及1.31倍,催化效率(kcatKm-1)分别提高1.53倍及1.47倍;该突变酶对电子的耦合率也提高至24.7%,较D168L/E435T提高39.5%,较V445A提高64.7%,说明该突变酶在电子的利用率上有明显改善;此外,该突变酶催化副产物靛玉红的比例大幅降低,降低为D168L/E435T的41.7%及V445A的30.6%,说明该突变酶催化吲哚的区域选择性上也更加有利于靛蓝形成。     

定点突变提高细胞色素P450 BM-3吲哚羟基化能力

为进一步提高细胞色素P450 BM-3(A74G/F87V/L188Q)对吲哚的羟基化能力,根据酶结构与功能的关系,以突变酶E435T为基础,在168位点引入D168L突变,获得了吲哚羟基化能力得到显著提高的突变酶D168L/E435T。突变酶对吲哚的K_m为1.72 mmol·L^-1(父本2.09 mmol·L^-1),转化数(k_cat)为28.15 min^-1(父本4.04 min^-1),表明D168L定点突变可以略微提高酶对底物的亲和力,但主要的效应是促进了底物的转化速率,这两个效应的综合表现是使酶的催化效率(k_cat K_m^-1)比父本酶提高了8.48倍。此外,产物中副产物靛玉红的比例也降低为1.2%(父本7.3%),这说明该突变酶催化吲哚的区域选择性上也更有利于靛蓝的生成。     

氨基酸突变对细胞色素P450 BM-3羟基化吲哚能力的影响

利用饱和定点突变技术对细胞色素P450 BM-3（A74G/F87V/L188Q）（PT）的168和435氨基酸位点分别进行随机突变,根据其羟基化吲哚生成的靛蓝在670nm处具有特殊吸收峰进行高通量筛选,获得了三个高于亲本酶（PT）的突变酶D168H、D168L和E435T。通过考察突变酶反应动力学参数、电子耦合率、热稳定性、最适pH以及区域专一性的变化情况,发现相对亲本酶而言所有的突变酶对底物吲哚的亲和力和催化效率都得到了不同程度的提高,其中突变酶D168H的kcat值比亲本酶提高了3倍多;突变酶D168H的电子耦合率比亲本酶大约降低了2倍,而突变酶D168L和E435T的电子耦合率却有轻微的提高;所有突变酶均在pH8.2附近表现出最大羟基化吲哚生产靛蓝的能力;突变酶D168H对吲哚的区域选择性得到了提高,主产物靛蓝从亲本酶的72%提高到了93%。另外,热稳定性实验表明：尽管突变酶D168H和D168L的热稳定性较亲本酶有所降低,但活力的大幅度提高并未对酶的热稳定性造成大的伤害。以上所有的结果为了解细胞色素P450 BM-3结构与功能关系提供了有用的信息,同时为进一步定向进化P450BM-3提高其功能特性提供了进化模板。     

细胞色素P450 BM-3羟基化吲哚能力的半理性改造

为进一步改造细胞色素P450 BM-3酶对吲哚的羟基化能力,以P450 BM-3结构与功能关系的推测为指导,选择突变酶P450 BM-3 （A74G/F87V/L188Q/E435T）为父本,在可能影响P450 BM-3催化吲哚羟基化区域选择性的D168位点进行定点饱和突变,根据全细胞催化产物颜色及组成进行筛选,得到了产物组成、酶动力学性质与父本不同的两个突变酶。突变酶D168W的吲哚羟基化产物中90%是靛玉红,而另一个突变酶D168R的产物中87%是靛蓝,产物组成均不同于亲本。在催化吲哚羟基化时,D168W的k_cat与父本相当,但K_m却是父本的4.8倍,催化活力只有父本的20%;而D168R的k_cat是父本的1.9倍,K_m是父本的82%,催化活力比父本提高了1.37倍。结果表明,在E435T突变上叠加D168位氨基酸残基突变对酶的催化性质产生了单一位点突变所不具有的协同效应,对酶催化的区域选择性和催化活力都有显著影响,以致改变了催化产物组成。这种基于知识的半理性定向进化方法由于是在关键位点进行突变,因此突变目的性强、突变效果显著。     

细胞色素P450BM-3热稳定性的半理性改造

为了提高细胞色素单加氧酶P450 BM-3的热稳定性,采用半理性设计策略对该酶进行了分子改造。首先采用B-FITTER软件分析了P450 BM-3晶体结构中各氨基酸残基位点的温度因子(B-factor),识别出了一个对酶的热稳定性有不利影响的关键氨基酸残基位点G46,然后以P450 BM-3(A74G/F87V/L188Q/D422G)为亲本酶在该位点进行定点饱和突变构建了突变文库,并从饱和突变文库中筛选获得了一个热稳定性得到显著提高的突变酶P450BM-3(A74G/F87V/L188Q/D422G/G46S)。该突变酶(G46S)的半失活温度(T5010)比亲本酶提高了5℃(达到48℃;在50℃的半衰期t1/2比亲本酶延长了一倍。同时,突变酶的酶学性质也得到明显改善,与亲本相比,突变酶Km降低了22%,kcat提高了90%,催化效率kcat/Km(67.42 L?(mmol?min)-1)比亲本提高了1.48倍。这说明G46位点不仅影响酶的热稳定性,还影响酶对底物的结合与催化性能。G46S突变酶的获得表明,只要采用适当的半理性设计策略对正确的位点进行分子改造,可以在提高酶的热稳定性的同时,保持或甚至提高酶的催化活性。     

色氨酸酶重组基因表达及其酶法合成L-色氨酸

为实现色氨酸酶高效、低成本催化合成L-色氨酸,利用p ET30a为载体在宿主细胞E.coli BL21(DE3)中重组表达了产气肠杆菌(Enterobacter aerogenes)来源的色氨酸酶,以丙酮酸、吲哚和氨为底物,探究其酶学性质,考察了反应温度、起始p H、底物摩尔比对酶促反应的影响,并利用丙酮酸发酵液为底物酶法合成L-色氨酸。结果表明,色氨酸酶重组表达成功,色氨酸酶最佳反应条件为:温度35℃,起始p H=9.0,底物摩尔比n(吲哚)∶n(丙酮酸)=0.6∶1,底物丙酮酸浓度为0.17 mol/L。利用重组色氨酸酶全细胞催化100 m L浓度为0.57 mol/L丙酮酸发酵液,流加浓度为4.27 mol/L吲哚酒精溶液6.5 m L,反应28 h后,L-色氨酸浓度达0.25 mol/L,吲哚摩尔转化率达91.8%。     

FgaPT2酶催化合成C-4异戊烯基化吲哚二酮哌嗪和定向诱变增强收率

在二甲基烯丙基二磷酸存在下,通过FgaPT2的酶催化合成C-4异戊烯化吲哚二酮哌嗪,对合成的产物进行了抗肿瘤、抗细菌、抗真菌、抗氧化活性测试,对生物活性最高的产物,研究了通过定点诱变提高酶合成产率的可行性。结果表明,FgaPT2酶催化合成了7个C4-异戊烯化吲哚二酮哌嗪,FgaPT2对底物具有一定的选择性,C4-异戊二烯化显著提高吲哚二酮哌嗪的生物活性,尤其是异戊二烯化产物 6b。Arg244的定点诱变表明,52.6%的FgaPT2突变体,提高了6b的合成产率,动力学参数验证了6a与突变FgaPT2之间的相互作用,可以提高异戊二烯基的合成产率。     

定点突变提高菜豆环氧水解酶的对映选择性

为了提高菜豆环氧水解酶(PvEH1)催化对氯环氧苯乙烷(pCSO)的对映选择性,利用定点突变构建了PvEH1~(W102L)、PvEH1~(P137K)及PvEH1~(I151V)三种突变体,分别研究了突变体全细胞动力学拆分rac-pCSO的催化特性,优化了PvEH1W102L动力学拆分rac-pCSO的初始底物浓度及反应时间,通过分子模拟分析了PvEH1~(W102L)对映选择性提高的机理。结果表明,最优突变体PvEH1~(W102L)的E值为25.5,相对酶活为212.6%,分别是PvEH1的11.6倍与2.1倍;PvEH1~(W102L)动力学拆分150 mmol·L~(-1) rac-pCSO,反应4 h后,可获得(R)-pCSO(产率为45.62%,ees为96.30%)和(R)-对氯苯基乙二醇(产率为50.91%,eep为90.26%)。分子模拟结果分析表明,PvEH1的102位色氨酸(W)突变为亮氨酸(L)降低了酶与(R)-pCSO的结合能力,从而提高了PvEH1~(W102L)对pCSO的对映选择性。     

含氮杂环化合物在Pd/C催化剂上催化加氢的研究

本文以绿色催化加氢合成吲哚啉为研究目标,以5%Pd/C为催化剂,对吲哚催化加氢的反应工艺条件进行优化研究,考察了溶剂、反应温度、反应压力、反应时间、搅拌速度五个工艺条件对吲哚催化加氢性能的影响。结果表明,以5%Pd/C为催化剂,乙醇为溶剂、在90℃、1.2 MPa、600 rpm下反应30 min,原料转化率即可达到93%,吲哚啉选择性达100%。     

离子色谱荧光检测植物生长调节素吲哚-3-乙酸和吲哚-3-丁酸

利用离子色谱—荧光检测器法对吲哚-3-乙酸和吲哚-3-丁酸进行检测.该检测采用1.0mL/min的0.45V/V CH_3OH与0.01mol/L Na_2CO_3的混合液,利用Dionex OmniPac PAX-500柱分离,吲哚-3-乙酸和吲哚-3-丁酸的检测限分别为0.045ug/mL和0.167ug/mL,有良好的重现性和线性关系.对土壤样品进行测定,有较好的回收率.     

微波无极准分子光/H2O2氧化降解含N-杂环化合物

研究了以微波激发Kr/I2混合气体产生的206 nm准分子紫外光(microwave electrodeless excilamp,MWEL)作为光源,联合过氧化氢(H2O2)用于水相中喹啉和吲哚的降解。H2O2剂量达0.06 mol/L以上,50 mg/L的吲哚和喹啉光照45 min转化率达100%,但不能被完全矿化。延长光照时间、降低目标物初始浓度和增加H2O2剂量都会使吲哚和喹啉的矿化度提高。采用旋转蒸发顶空气质联用(RE-HS-GC/MS)分析降解后水溶液中的产物,并采用红外光谱分析了吲哚降解后的固体沉淀物,结果表明,吲哚降解过程中发生了聚合反应,产物为5H-萘酚[2,3-C]咔唑、脂肪烯烃和酯;喹啉降解后的中间产物为己醛、甲酸丁酯、间二甲苯、邻二甲苯和2-乙氧基乙烷基乙酸,说明喹啉发生开环、氧化降解。动力学方程推导了吲哚矿化的速率常数,得到两个结论:吲哚矿化符合拟一级反应;吲哚和H2O2直接反应及与其光解产生的.OH的间接反应两者的协同作用导致了吲哚的矿化。     

定点突变提高γ-谷氨酰转肽酶的pH耐受性及催化活性

γ-谷氨酰转肽酶(GGT)是生物体内谷氨酰循环的关键酶,可广泛应用于多种γ-谷氨酰基化合物的生物合成。但其在体外催化环境下(p H9.0)极易发生不可逆失活,限制其生物催化领域的实际应用。本实验以枯草芽孢杆菌B.subtilis NX-2 GGT(wt_GGT)为对象,采用同源建模获得wt_GGT的3D结构预测模型;分析wt_GGT大、小亚基表面氨基酸残基的性质、空间位置和保守性,最终选取Asp46、Thr201、Tyr280、Gln322、Glu502和His543为候选位点;通过定点突变将候选位点分别替换为缬氨酸,以期通过提高wt_GGT大小亚基间的疏水作用,改善其p H耐受性。研究成功实现了6种突变酶(D46V、T201V、Y280V、E502V、Q322V和H543V)的异源表达,并分别研究了其催化活性和稳定性。结果表明:D46V、Y280V、E502V、H543V的Km略小于wt_GGT,且Y280V的kcat较wt_GGT有明显提高;D46V、Y280V和E502V的p H稳定性均较wt_GGT有所改善,其中Y280V的p H稳定性最高;模型分析显示,在10?范围内,Y280V可与附近4个氨基酸残基(Y-283、W-277、I-501和I-497)产生疏水相互作用,这可能是其p H耐受性较强的主要原因。     

定点突变提高菜豆环氧水解酶的对映选择性

为了提高菜豆环氧水解酶（PvEH1）催化对氯环氧苯乙烷（pCSO）的对映选择性,利用定点突变构建了PvEH1^W102L、PvEH1^P137K及PvEH1^I151V三种突变体,分别研究了突变体全细胞动力学拆分rac-pCSO的催化特性,优化了PvEH1^W102L动力学拆分rac-pCSO的初始底物浓度及反应时间,通过分子模拟分析了PvEH1^W102L对映选择性提高的机理。结果表明,最优突变体PvEH1^W102L的E值为25.5,相对酶活为212.6%,分别是PvEH1的11.6倍与2.1倍;PvEH1^W102L动力学拆分150 mmol·L^-1 rac-pCSO,反应4 h后,可获得（R）-pCSO（产率为45.62%,ee_s为96.30%）和（R）-对氯苯基乙二醇（产率为50.91%,ee_p为90.26%）。分子模拟结果分析表明,PvEH1的102位色氨酸（W）突变为亮氨酸（L）降低了酶与（R）-pCSO的结合能力,从而提高了PvEH1^W102L对pCSO的对映选择性。     

微波辅助紫外光催化氧化降解吲哚的研究

采用微波辅助紫外光催化氧化工艺处理吲哚污染物,并探讨了溶液pH值、TiO2用量、曝气时间和吲哚初始浓度对吲哚降解效果的影响。研究结果表明,曝气/MW/UV/TiO2系统中,当pH值为7、吲哚初始质量浓度为50 mg/L、催化剂质量浓度为0.2 g/L、曝气时间为60 min时,吲哚的降解效果最好,降解率为81.8%。微波辅助紫外光催化氧化工艺大大提高了TiO2的光催化性能,对难降解有机物吲哚具有良好的处理效果,对于解决目前日益严重的环境污染问题,具有一定的研究和实用价值。     

BDD阳极电化学氧化处理吲哚废水的实验研究

采用掺硼金刚石膜(BDD)阳极对含吲哚废水进行电化学氧化,基于吲哚去除率及能耗两方面的考虑,通过正交实验确定氧化吲哚的最佳工艺条件为:电流密度30 m A/cm²,电解质浓度0.04 mol/L,电解时间2 h。随电解时间的增加,废水BOD5/COD值从初始的0.04提高至2 h的0.65,电解出水的活性污泥比耗氧速率与葡萄糖对照样相比,差别越来越小,废水的生物毒性显著降低。通过GC-MS分析了电解过程中吲哚的氧化途径,即吲哚首先被氧化生成羟吲哚和2-羟吲哚,随之得到靛红,之后氮环断裂生成苯胺,进而氧化为苯醌、羟胺,最终转化为氨类、二氧化碳、水等小分子化合物。     

BDD阳极电化学氧化处理吲哚废水的实验研究

采用掺硼金刚石膜(BDD)阳极对含吲哚废水进行电化学氧化,基于吲哚去除率及能耗两方面的考虑,通过正交实验确定氧化吲哚的最佳工艺条件为:电流密度30 m A/cm~2,电解质浓度0.04 mol/L,电解时间2 h。随电解时间的增加,废水BOD5/COD值从初始的0.04提高至2 h的0.65,电解出水的活性污泥比耗氧速率与葡萄糖对照样相比,差别越来越小,废水的生物毒性显著降低。通过GC-MS分析了电解过程中吲哚的氧化途径,即吲哚首先被氧化生成羟吲哚和2-羟吲哚,随之得到靛红,之后氮环断裂生成苯胺,进而氧化为苯醌、羟胺,最终转化为氨类、二氧化碳、水等小分子化合物。     

理性设计提高β-葡萄糖醛酸苷酶的热稳定性

采用同源序列比对策略和脯氨酸效应的设计策略,以同源建模的三维结构为基础,结合定点突变技术,对重组产紫青霉β-葡萄糖醛酸苷酶(PGUS-E)进行理性设计,获得了2个热稳定性明显提高的突变体PGUS-E I130V和PGUS-E G280P,再将突变位点进行组合获得突变体PGUS-E I130V+G280P。相比PGUS-E,PGUS-E I130V、PGUS-E G280P和PGUS-E I130V+G280P在60℃下的半衰期T1/2分别比原始酶的23 min提高3.5倍,5倍和5.5倍,达到82 min,117 min和128min。突变体的动力学参数Kcat/Km值分别为1.534×107 mol-1·L·min-1,1.368×107mol-1·L·min-1和1.283×107 mol-1·L·min-1,与原始酶(1.316×107 mol-1·L·min-1)接近,对底物的亲和力基本不变。结果表明在蛋白质构象不稳定的区段中引入脯氨酸,以及在相应位置引入嗜热菌的氨基酸,均可提高蛋白质热稳定性。     

固相萃取-高效液相色谱-串联质谱法测定鲜人参中吲哚乙酸和吲哚丁酸

建立了固相萃取-高效液相色谱-串联质谱(SPE-HPLC-MS/MS)测定鲜人参中吲哚乙酸和吲哚丁酸含量的分析方法。样品经甲醇超声提取,HLB固相萃取小柱净化后,HPLC-MS/MS多反应监测模式测定,外标法定量。吲哚乙酸和吲哚丁酸在2~500μg/L范围内线性良好,相关系数均0.99,加标回收率为81.2%~95.6%,相对标准偏差为5.3%~10.6%,方法的定量限为10μg/kg。该方法灵敏、准确、可靠,能满足鲜人参中吲哚乙酸和吲哚丁酸定量分析的要求。     

二吲哚基甲烷及其衍生物的合成与表征

介绍了3,3′-二吲哚基甲烷(D IM)及其衍生物3,3′-二(5-溴吲哚)基甲烷(BB IM)和3,3′-二(5,6-二氯吲哚)基甲烷(BC IM)的合成方法。该方法以吲哚、5-溴-1-氢吲哚和5,6-二氯-1-氢吲哚为原料,在酸性条件下与N-羟甲基丙烯酰胺反应分别得到D IM、BB IM和BC IM,收率分别为90.3%、46.3%和53.3%。通过IR1、HNMR、13CNMR和元素分析对D IM的结构进行了表征,通过IR、1HNMR对BB IM和BC IM的结构进行了表征。     

钴/铜催化构筑从2-苯基吡啶和2-溴代苯乙酮出发合成吡啶并[2,1-a]异吲哚

在本文中,我们报道了一种钴/铜催化构筑从2-苯基吡啶和2-溴代苯乙酮出发合成吡啶并[2,1-a]异吲哚的方法。该方法底物简单,操作简捷,提供了一种有机化学中合成吡啶并[2,1-a]异吲哚的好方法。