苍白杆菌核糖-5-磷酸异构酶B进化机理研究开题报告

1. 研究目的与意义

核糖-5-磷酸异构酶osrpia的来源于苍白杆菌（ochrobactrum sp.）csl1，是来源于土壤中以核糖为唯一碳源进行筛选获得的一株微生物，从中克隆表达获得了两个核糖-5-磷酸异构酶，分别命名为osrpia（ochrobactrum sp. ribose-5-phophate isomerase a）和osrpib（ochrobactrum sp. ribose-5-phophate isomerase b），osrpib已发表的文献： 1、沈敏, 姚雪梅, 张孝峰, 李良智, 胡翠英, 鞠鑫. 苍白杆菌核糖-5-磷酸异构酶b基因的克隆及表达[j]. 生物技术, 2018,28(03):212-216 285. 2、min shen, xin ju, xinqi xu, xuemei yao, liangzhi li, jiajia chen, cuiying hu, jiaolong fu, lishi yan. characterization of ribose-5-phosphate isomerase b from newly isolated strain ochrobactrum sp. csl1 producing l-rhamnulose from l-rhamnose [j]. j. microbiol. biotechnol. 2018, 28(7): 1122–1132.

作为一种 糖磷酸酶，rpib 具有广阔的底物谱，通过对来源于 strepytococcus pneumoniae 核糖-5-磷酸异构酶的核糖-5-磷酸异构酶的底物谱探究，证明该酶具有应用于l-构型单糖( l-来苏糖、l-塔格糖) 的潜力。

本实验的目的是将新筛选出的苍白杆菌菌株中的核糖-5-磷酸异构酶b(rpib) 克隆到大肠杆菌中进行异源表达优化。

2. 研究内容和预期目标

酶与底物的结合机制是近年来酶工程的研究热点。

对于底物中的极性带电基团，通常可以由结合位点残基通过电荷作用进行结合，极性非带电基团可以通过极性相互作用进行结合，并且都可以将远距离的氨基酸残基通过诱导效应发挥作用；对于底物中的非极性芳香性基团，某些π-π作用或p-π作用可以加强非极性作用的结合；但是对于底物中的非极性脂肪链基团，除了范德华力引发的位阻效应，其结合机制是否有其他作用力参与，极性基团与非极性基团的位阻效应是否有区别，远距离氨基酸是否有贡献目前尚无对此问题的成熟解决方案，进行改造的成功案例尚较少。

本研究拟从葡萄糖异构酶同一家族的5-磷酸核糖异构酶b（ribose-5-phosphate isomerase b, rpib）入手，研究其底物范围的特性与酶结构的关系，通过虚拟突变与实验突变的结合，利用同源建模、分子对接和生物信息学、生物统计学等方法进行研究，从而找到糖异构酶家族的底物反应特性，并为利用糖异构酶进行生物法稀有糖制备的工作奠定基础。

3. 研究的方法与步骤

在蛋白质结构的预测方面，因大多数蛋白质的功能依赖于其空间结构，所以蛋白质结构预测对人类发现并解析未知蛋白质的各项功能方面具有重要的研究意义。目前，大多数蛋白质结构的预测方式是基于其一级结构序列——氨基酸序列，从而进行预测的，主要是用氨基酸的组成来表示蛋白质的序列，因此无法直观的反映蛋白质的一些其他信息。对蛋白质的三维结构进行预测方面，就目前而言，大多运用生物信息学，主要方法有3种，分别是折叠识别、同源模建和从头预测。

1 搜索目标蛋白osrpib的相似序列

2 对osrpib序列基本性质分析（利用expasy工具）

4. 参考文献

[1]eisenbenberg david, marcotte, edward m,et al .protein funetion in the post-genomic era[j].nature, 2000,405(6788):823-826.

[2]barker wc, garavelli js, huang h, et al. the protein information resource (pir). nucleic acids research,2000,28(1):41-44.

[3] 程凌鹏,张景强.伊蚊c6/36细胞浓核病毒蛋白衣壳三维结构的测定.中国科学,c辑,2004, 34(1):75-79.

5. 计划与进度安排

1 2022 11-2022 12查阅文献，撰写开题报告和前言

2 2022 01-2022 02 确定突变之后蛋白质的结构变化