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基于细胞色素P450BM3新型人工脱甲基酶的开发及其在木质素降解中的应用研究

发布时间:2021-08-01 10:10
  木质素是自然界中最丰富的芳香族聚合物可再生资源,约占陆生植物干重的15%-40%,所以其分解对于自然界碳循环是必不可少的,此外,纸浆和造纸业每年产生约6000万吨木质素,但目前只有不到2%的木质素用于商业产品,大部分被作为低成本燃料燃烧以提供热量和能量,所以建立一种高效的木质素降解体系对经济发展和环境保护具有重要意义。木质素的结构异质性和复杂性促使了微生物策略的发展,该策略利用腐烂真菌和一些细菌分泌的多种氧化酶将木质素聚合物分解为一些小片段,这些木质素低聚物在内二醇或外二醇双加氧酶的开环作用下进一步降解为碳和能源。木质素主要由愈创木酰基(G)和丁香基(S)两种结构单元构成,它们在苯环上分别具有一个或两个甲氧基,因此脱甲基生成二醇是天然碳循环以及新兴生物技术中利用木质素的关键反应。本课题综合利用蛋白功能定向进化与双功能小分子(DFSM)结构调控的策略,基于细胞色素P450BM3开发了H2O2依赖型人工脱甲基酶,能够催化木质素芳香醚单体衍生物的脱甲基化。该生物体系构造简单,不需要电子传递蛋白和辅酶,在一定程度上克服以往脱甲基酶底物范围较窄、选择性... 

【文章来源】:上海海洋大学上海市

【文章页数】:87 页

【学位级别】:硕士

【部分图文】:

基于细胞色素P450BM3新型人工脱甲基酶的开发及其在木质素降解中的应用研究


三种木质素结构单元及包含常见键的木质素结构[1]

晶体结构,伴侣,蛋白


构上形成了6个底物识别位点(SRSs)[28],保证不同P450存在足够的结构多样性,以识别/结合大小不同、结构各异的底物,并使P450对底物具有高度区域和立体特异性,对SRS区域氨基酸定点突变会明显影响酶识别与结合底物的特性。SRSs是在CYP2家族的实验表征和P450cam的第一个晶体结构中首次发现的[10,29-30]。SRS1位于B-C环路中(此环路可以在不同的P450中包含1-3个小螺旋)。SRS2位于F螺旋的C端侧,SRS3位于G螺旋的N端侧,SRS4在I螺旋上,SRS5位于从保守的EXXR基序到β1-4链的区域,而SRS6跨在β4–1链和4–2链之间。图1-2P450cam的晶体结构(PDB:2CPP)[31]Fig.1-2ThecrystalstructureofP450cam(PDB:2CPP)大多数P450都需要氧化还原伴侣蛋白(redoxpartnerproteins)的协助才能接收来自还原的烟酰胺辅助因子NAD(P)H的电子。虽然似乎所有P450基因都是从同一祖先进化而来[32],但是P450与氧化还原伴侣蛋白之间的偶联方式存在明显差异,据此可将P450分为五类[31],如图1-3所示:第一类P450(ClassI)是一个三组分体系,即P450、含铁硫簇(Fe2S2)的铁氧还蛋白(FDX)、含FAD的铁氧还蛋白还原酶(FDR)。这种P450主要存在于细菌和真核生物线粒体中。NAD(P)H的电子依次通过FDR和FDX,然后被血红素铁接收;第二类P450(ClassⅡ)是一个双组份体系,以含FAD和FMN的细胞色素P450酶还原酶(CPR)为伴侣蛋白,其中FAD充当NAD(P)H的电子受体,FMN负责将电子转移到P450,这类P450通常以膜蛋白的形式存在于真核生物组织的内膜上;其他三类P450(ClassⅢ、Ⅳ、Ⅴ)均是单组分体系,它们不需要单独的伴侣蛋白的协助即可完成电子传递,是自给自足型(self-sufficient)氧化酶,其中ClassⅢ与ClassⅣ结构类似,P450分别与含FAD/FMN和FMN/Fe2S2的伴侣蛋白

基于细胞色素P450BM3新型人工脱甲基酶的开发及其在木质素降解中的应用研究


不同P450Fig.1-3ElectrontransportsysteClassⅤ

【参考文献】:
期刊论文
[1]细胞色素P450酶与微生物药物创制[J]. 李众,张伟,李盛英.  微生物学报. 2016(03)
[2]细胞色素P450的结构与催化机理[J]. 王斌,李德远.  有机化学. 2009(04)
[3]重组细胞色素P450 BM-3突变酶在大肠杆菌中催化吲哚合成靛蓝[J]. 陆燕,梅乐和,李红梅,盛清,姚善泾.  自然科学进展. 2006(08)



本文编号:3315335

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