1. 研究目的与意义
天冬氨酸酶（Aspartase）属于氨基酸解氨酶的一种，可以催化可逆的天冬氨酸脱去一分子氨生成富马酸的反应，是生物体内氨基酸代谢过程中的重要酶。来自芽孢杆菌（Bacillus sp.）的耐热性天冬氨酸酶AspB已在上世纪70年代被工业界利用生产天冬氨酸，作为食品和饲料的添加剂及工业原料。AspB具有催化效率高，稳定性高，所催化的反应极具价值。由于其在所有生物体内都具有重要的作用，其底物特异性极高，只能够高效地催化天冬氨酸及富马酸之间的转换。虽然部分研究者发现其α-C上的取代基及氨基供体的结构可以进行扩展，2016年之前工业界和学术界对天冬氨酸酶的改造还停留在基于丁二酸骨架的底物范围，利用改造的AspB对如丁酸和其他单羧基的β-氨基酸等有机酸的合成尚处于理论研究阶段。
2016年，首次试图改变这一底物范围的工作由德国c-LEcta GmbH的Vogel等研究者完成。Vogel等对来自AspB进行了四位点突变（T187C，M321I，K324M和N326C），得到了可以催化无α-羧基底物的生成手性β-氨基酸(R)-3-氨基丁酸的突变体BSASP-C6。这项研究是首次对该酶底物中氨基受体官能团部分做出的重要改进，但是仍存在活性极低（为天然底物的~1/1000）等问题，且无后续研究，距离实用化仍具有较长距离。2018年吴边等人的工作首次实现了利用AspB生产β-氨基酸，并在文献4中对突变的方法做出了解释。例如对于生产(R)-3-氨基丁酸，新的突变体保留了AspB中能够稳定中间体烯醇的β-羧酸结合位点T101, S140, T141和S319，对原α-羧酸的结合位点N142, T187, H188, M321, K324和N326利用Rosetta Enzyme Design软件进行重新设计，突变为T187C M321I K324L N326A。通过与Vogel等人的工作对比，同样是进行了四位点突变（T187C，M321I，K324M和N326C），突变的位点全部一致，只有两个位点的氨基酸突变有改变，就可能引起巨大的活性改变，。吴边等人在文章中突变的解释并不详细，只是提到从能量的角度及侧链旋转构象的拓扑学角度进行考虑。本实验试图利用分子对接的方法从这两个途径对该结果做出解释，形成AspB与底物的对接机制，以指导该酶的进一步改进。
2. 研究内容和预期目标
本实验拟对来自芽孢杆菌（Bacillussp.）的耐热性天冬氨酸酶AspB的反应机理进行研究，使用SWISS- MODEL 在线服务器进行转氨酶蛋白质三维结构建模，得到建模模型后通过分子对接研究转氨酶与底物作用的催化机理。主要内容包括：在PDB数据库中确定目标蛋白，运用NCBI的BLAST搜索工具搜索与目标蛋白相似的序列，在线服务器SWISS-MODEL同源建模，对这个模型进行优化从而产生预测的结构模型，对模型进行评估，分子对接研究，运用图形化软件VMD，Chimera 1.9展示模型蛋白质的空间结构及分子对接模式图。
本实验的目标是探索来自芽孢杆菌（Bacillussp.）的耐热性天冬氨酸酶AspB的反应机理，及确定其结构功能之间的关系。
3. 研究的方法与步骤
在蛋白质结构的预测方面，因为大多数蛋白质的功能依赖于其空间结构，所以蛋白质结构的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aspb的相似序列
2 对aspb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. 2022-12-23～2022-3-7接受任务、查阅和翻译文献、撰写及完成开题报告
2. 2022-3-8～2022-3-21模板蛋白搜索，选择目标蛋白
