热稳定酰基辅酶A合成酶的异源表达和酶学特性研究

聚酮化合物是由细菌、真菌、植物等产生的次级代谢产物，具有多种生物活性，广泛应用于人类生产生活中。聚酮结构一般较为复杂且常具有多个手性中心，化学合成困难，目前主要通过微生物发酵获得。阐明聚酮生物合成机制，是聚酮化合物研究的重要内容。酰基辅酶A（coenzyme A，CoA）如丙酰CoA、乙酰CoA、丙二酰CoA以及甲基丙二酰CoA等是聚酮生物合成的前体，但商品化产品种类较少且往往价格昂贵，严重限制聚酮生物合成的体外研究。酰基CoA合成酶可以催化羧酸与CoA缩合，为聚酮的生物合成提供前体，是聚酮研究的重要工具酶。热稳定性酶的适用范围广且纯化简单，是理想的工具酶，但已报道的酰基CoA合成酶多为来源于常温菌的中温酶，一般不具备热稳定性。本论文异源表达了来源于嗜热菌Caldicellulosiruptor Owensensis OL的热稳定酰基CoA合成酶CoACS，体外生化实验证明该酶有较好的底物宽泛性及较高的催化活性，是提供聚酮合成前体的理想工具酶。论文的主要内容包括：首先，通过序列比对、保守模体（motif）分析及分子进化树构建的方法在嗜热菌C. Owensensis OL基因组中找到编码酰基CoA合成酶的基因Calow_0635，成功构建了表达载体，并实现了在大肠杆菌中的过量表达。经过Ni柱亲和层析及透析得到目标蛋白CoACS。其次，探究了CoACS的底物特异性及生化特性。用乙酸、丙酸、丙二酸等十种羧酸考察了CoACS的底物特异性，发现CoACS能够催化丙酸、丁酸、2-甲基丙酸、戊酸、2-甲基丁酸、3-甲基丁酸、环己甲酸这七种单羧酸，但不具备催化乙酸、丙二酸和2,3-二甲基丙烯酸的能力。依次测定CoACS对七种不同单羧酸的催化比活力，结果显示CoACS对于戊酸和丁酸的催化活性较好，而对于带有支链的2-甲基丙酸、2-甲基丁酸、3-甲基丁酸的催化活性则较低。以催化活性最高的戊酸作为底物，考察CoACS的最适反应条件，发现其在30 ℃，pH 7.0的条件下活性最高。热稳定性实验表明该酶在70 ℃的高温下温育8小时后仍保留有45%的活性。酶动力学参数测定结果显示CoACS对戊酸的kcat/Km值为783.56 M-1s-1，远高于其它已报道的酰基CoA合成酶。最后，分析了CoACS不能催化丙二酸和2,3-二甲基丙烯酸的原因，并通过定点突变实现了CoACS底物特异性的转变。经过对丙二酰CoA合成酶的结构及序列分析发现它们的序列中存在三个保守氨基酸而CoACS不具备，推测酰基CoA合成酶识别丙二酸与这三个氨基酸相关。将CoACS中相应的三个氨基酸定点突变（F243H、A314S、A336R）后，考察底物特异性发现其具备了催化丙二酸的活性，但失去了催化戊酸的能力。将2,3-二甲基丙烯酸对接进能催化2,3-二甲基丙烯酸的苯甲酰CoA合成酶(pdb:4EAT)的蛋白结构中，找出了稳定底物2,3-二甲基丙烯酸分子的关键氨基酸。</p

Model and methodology of urban environmental crisis management (UECM): a case study in Urumqi

环境危机是我国面临的重大问题之一，城市作为人口高度集中的地区，经济活动十分频繁，对自然环境的破坏也更为强烈，其中水和大气污染一直处于较高的水平，垃圾处理水平低，噪声污染较重，城市环境保护工作面临着巨大的压力和挑战。因此，研究和监测城市现在和将来的生态环境及安全的状况，开展城市生态环境的评价、预测和预警就成为了解、掌握和应对城市生态环境危机的当务之急。本研究综合运用城市生态学、环境经济学、污染预测模型、GIS和管理学理论，从城市的生态环境的特点和问题入手，对乌鲁木齐市环境质量进行综合评价、预测和预警，深入了解城市环境质量的现状和未来演化趋势。在已有的历史背景资料、调查数据和遥感数据基础上，以SuperMap和Visual C++为开发平台，构建了城市环境管理信息系统。针对城市环境中出现的问题，提出科学合理的管理对策和措施，最终建立一套具有一定的指导意义和应用价值的城市生态环境危机管理的模式和方法，为城市的可持续发展提供辅助决策信息，并为其它地区提供参考和借鉴。（1）在深刻理解环境危机的含义、特征和产生原因的基础上，深入了解研究区域的生态环境现状，系统分析了乌鲁木齐市人工生态环境的脆弱性和敏感性以及面临的生态环境危机。（2）探讨了城市环境质量评价的方法和标准，以乌鲁木齐市为例，选择灰色聚类方法对乌鲁木齐市大气质量进行了多因子综合评价，采用单因子污染指数法评价乌鲁木木齐两条主要河流（乌鲁木齐河和水磨河）的水环境质量。（3）以GM(1，1)灰色预测原理为理论基础，运用Matlab软件编制城市大气污染预测模型，以此得出乌鲁木齐市主要大气污染物的灰色预测模型，分析并预测其未来的演化发展趋势。（4）探讨了城市环境预警的原则、标准、预警类型以及预警的参数及数学模型，以Visual C++6.0为开发工具,以SuperMap Objects 5.0信息系统开发平台，构建乌鲁木齐市环境管理信息系统。（5）建立了适合乌鲁木齐市的环境危机管理模式，站在政府职能部门的角度，从手段、途径、方法三个方面探讨了环境危机管理的一般模式。Environment crisis is one of the most important problems we are facing with. City is more sensitive to environment change because of its active economic activities and dense population. Urban environment has a series of tremendous pressure and challenges, such as water pollution, air pollution and noise pollution. So it is the primary task for us to perform urban eco-environment assessment, forecasting and warning study to understand and respond to the crisis of urban eco-environment. In this study, based on urban ecology theory,environmental economics theory, pollution prediction model, geographic information system and management theory, according to the characteristic and problems of ecological environment in Urumqi, comprehensive evaluated and forecasted the environmental quality of Urumqi, in-depth understood the status quo and future trend of urban environmental quality. Took SuperMap and VC++ as development platform, established Urban Environmental Management Information System based on historical background information, survey data and remote sensing data, proposed scientific and rational management strategies and measures for the city, and eventually built a set of mode and method of environment crisis management of city which can provide decision-making assistant information for the sustainable development of cities, and supply reference for other areas. (1) By a deep understanding of the meaning, characteristics and causes of environmental crisis to investigate the status quo of ecological environment of study area, systematic discussed the vulnerability and sensitivity of artificial ecological environment of Urumqi as well as the ecological environment crisis we are facing. (2) Study on the method and standard of urban environmental quality assessment, application of grey clustering method to comprehensive evaluated the air quality of Urumqi, and evaluated water environmental quality of two major rivers (Urumqi River and Shuimo River) by the method of single factor pollution index. (3) Base on grey forecasting theory, established forecast model for urban air pollution by Matlab software. Obtained the forecast model of main air pollutants of Urumqi, besides, predicated and analyzed the development trend of main air pollutions in the future. (4) Discussed the principles, criteria, types, parameters, and mathematical models of early warning, took SuperMap Objects 5.0 andVisual C++6.0 as development platform, established Urban Environmental Management Information System base on the theory of geographic information system and management. (5) Established a suitable model of UECM in Urumqi, from the perspective of government departments, discussed the general pattern of UECM from the aspects of means, ways and methods

热稳定酯酰辅酶A合成酶的异源表达及酶学特性

【目的】为寻找能合成丙酰辅酶A和丁酰辅酶A等聚酮合成前体的生物催化剂,用体外酶学实验对一个酯酰辅酶A合成酶进行了表征。【方法】利用丙二酰辅酶A合成酶作为输入序列,通过BLAST程序在Caldicellulosiruptor owensensis OL的基因组中找到1个酯酰辅酶A合成酶基因。在大肠杆菌中进行了异源表达,并通过亲和层析进行纯化。底物谱、最适反应条件、稳定性和动力学参数通过体外酶学实验进行表征,而定点突变则用于活性中心的氨基酸残基的分析。【结果】该酶具有较好的底物宽泛性,可识别丙酸、丁酸、2-甲基丙酸、戊酸、3-甲基丁酸、2-甲基丁酸以及环己甲酸等一系列单酸。反应最适温度为30&deg;C,...</p

Improved multi-classification algorithm of one-against-one SVM

支持向量机的一对一多分类算法具有良好的性能,但该算法在分类时存在不可分区域,影响了该方法的应用。因此,提出一种一对一与基于紧密度判决相结合的多分类方法,使用一对一算法分类,采用基于紧密度决策解决不可分区,依据样本到类中心之间的距离和基于kNN(k nearest neighbor)的样本分布情况结合的方式构建判别函数来确定类别归属。使用UCI(university of California Irvine)数据集做测试,测试结果表明,该算法能有效地解决不可分区域问题,而且表现出比其它算法更好的性能

人工绿洲生态系统中土壤和植被对土地利用变化的响应——以北屯绿洲为例

在遥感(RS)和地理信息系统(GIS)技术的支持下,对干旱区典型人工绿洲—北屯绿洲1989和2005年两期遥感影像进行了处理,分析了绿洲16年来的土地利用/覆盖变化。通过野外调查、实验室分析及"时—空替代法"等方法,对人工绿洲生态系统中的土壤和植被对LUCC的响应机制进行了分析。结果表明:(1)北屯绿洲耕地和盐碱沼泽地面积不断增加,垦荒和撂荒成为土地利用变化的两个主要过程。(2)绿洲土地利用变化对土壤养分和pH值的影响显著。(3)耕地的土壤盐分含量低于弃耕地和荒地。(4)随着土地利用类型的变化,群落组成发生较大变化,优势种更替明显

北屯绿洲生态系统耗散特性分析

利用耗散结构理论,对新疆北屯绿洲生态系统的结构和功能进行了分析。在绿洲发展演化过程中,绿洲与荒漠形成既相互矛盾又协调共生的非线性变幻局势,人为活动已成为绿洲涨落的主要原因。利用能值分析方法探讨了北屯绿洲农业生态系统的能量耗散过程,结果显示:北屯绿洲农业生态系统投入的太阳能值总值为9.70×1019sej,而输出的太阳能值总值为6.56×1020sej,输出高于投入,是一个能值输出型的生态系统。需要人为输入能量,引入物质、知识、技术等负熵,增加系统信息量。最后,提出积极引入负熵流的负反馈策略,使人的主观行为与环境质量、生物生产力水平相统一,构建合理的绿洲生态农业结构,达到生物与环境相协调,发挥生物共生互利优势原则,最终实现绿洲生态、环境、经济的可持续发展

植物基因组学及其在离子束诱变育种中的应用

近年来植物基因组学的研究发展迅速,特别是随着生物科学的发展进入后基因组时代,其研究方法和技术不断得到完善。该文综述了植物基因组学的研究方法和技术及其在植物离子诱变育种方面的应用,并对植物基因组学在离子诱变育种中的应用进行了展望

离子束生物技术及其在玉米育种中的应用

离子束作为一种新兴诱变源,已广泛应用于各种农作物的诱变育种。离子束生物技术为玉米品种的改良和种质资源的创新开辟了一条新的途径,推动了玉米育种事业的长足发展。本文阐述了离子束的特点、诱变机理以及在玉米育种中的应用

碳离子辐射大丽花矮化突变体的RAPD分析

大丽花经兰州重离子加速器提供的80MeV/u12C6+离子束辐照后产生矮化突变体,用随机扩增多态性(Random Amplified Polymorphic,RAPD)DNA技术对野生型和突变体进行检测分析。结果表明,在所用的25条引物中,1.80×108/cm2剂量辐照后有18条引物扩增出现多态性片断,扩增条带多态率19.57%;1.08×108/cm2剂量辐照后仅有6条引物扩增出现多态性片断,扩增条带多态率5.76%。用Jaccard公式对扩增产物进行统计分析,结果表明,两种剂量C6+辐照后与对照相似性系数分别为0.65和0.92。高剂量辐射后DNA易发生突变,在品种改良和诱变育种中相对较高剂量的选择可能更为有效