二氧化碳酶法捕集系统中的介尺度结构和调控机制研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    91534107
  • 项目类别:
    重大研究计划
  • 资助金额:
    80.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0804.分离工程
  • 结题年份:
    2018
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2018-12-31

项目摘要

Carbon dioxide (CO2) emmission generated during fossil fuel combustion, a major contributor to climate change, has become the most challenging environmental issue in the world. Technology of CO2 capture and storage provides a solution to reduce CO2 emmission and mitigate climate change. Due to high cost, high energy consumption and secondary pollution during capture CO2 using adsorption, absorption and membrane, CO2 capture using enzyme which is environmentally friendly and specific has attracted more and more attention. However, its industrial application has been limited by its instability. In this project, to improve the stability of carbonic anhydras (CA), effects of residue mutations and environmental factors on conformation and biofunctions will be investigated using molecular simulations based on the meso-scale. Gene engineering and protein engineering are applied to produce evolved CA whose activity and stability will be examined. A model describing the interactions between CA and carrier surface in the immobilized CA system will be established to elucidate how carrier material and environmetal factors affect the interactions and biostability during immobilization. Regulation mechanism of immobilization will be disclosed based on the meso-scale. A novel immobilized CA system will be developed to capture CO2 with high efficiency. This study will provide a guideline for preparation of stable and reuseable CO2 capture system using immobilized CA.
传统化石能源利用中释放大量CO2,由此导致的温室效应已成全球最大环境问题。目前CO2捕集多采用吸收、吸附和膜法等,存在成本高、再生能耗大及二次污染问题。利用碳酸酐酶(CA)捕集CO2具备高效专一、环境友好等特点而广受关注。但CA稳定性差、易失活,严重限制其工业应用。本项目以碳酸酐酶CO2捕集系统为研究对象,从介尺度结构出发,利用分子模拟考察残基突变和环境因素对酶生物构象和性质的影响,以获得热稳定性酶;通过动力学模拟对突变位点优化,实现酶生物特性的调控改造;采用基因工程和蛋白质工程方法制备改性酶并验证其酶活和生物稳定性;建立酶固定化过程中酶与载体的表界面相互作用模型,探讨载体材料性质和pH等外界因素对酶与载体相互作用和酶生物特性的影响,从介尺度水平揭示酶固定化过程的调控机制;建立新型CO2碳酸酐酶捕集系统,为制备稳定且可多次重复利用的CO2酶捕集系统, 实现对CO2的高效捕集奠定理论基础。

结项摘要

本项目通过对人和细菌碳酸酐酶的结构及功能的分析比较,选择以人碳酸酐酶为改造对象。从介尺度结构出发,利用分子模拟手段考察氨基酸序列和环境因素对酶的二级结构、生物构象和性质的影响,确定了L204K的改造对其介尺度水平的影响,及介尺度水平变化对二级和三级结构的影响;在成功构建工程菌的基础上,实现改造的碳酸酐酶在大肠杆菌内的表达;通过固定化载体的不同制备方法确定不同方法对载体比表面积和孔径大小的影响,并将载体进行半胱氨酸改性,实现其与改造的碳酸酐酶的定向联接,实现交联后的质量控制。最后考察了以改造碳酸酐酶为基础的新型二氧化碳捕集体系中其捕集能力。这一新型体系在碱性条件下稳定,对温度的稳定性较未改造的碳酸酐酶体系提升了近20oC, 固定化对其提升更为显著。与传统体系相比,且这一体系对阴离子的耐受性也显著提升。这种新型生物催化剂的稳健性和高效性使其成为CO2捕获的有竞争力的候选者。

项目成果

期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(4)
The Novel Property of Heptapeptide of Microcin C7 in Affecting the Cell Growth of Escherichia coli.
Microcin C7七肽影响大肠杆菌细胞生长的新特性
  • DOI:
    10.3390/molecules22030432
  • 发表时间:
    2017-03-08
  • 期刊:
    Molecules (Basel, Switzerland)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Ran R;Zeng H;Zhao D;Liu R;Xu X
  • 通讯作者:
    Xu X
Bioactivity of fucoidan extracted from Laminaria japonica using a novel procedure with high yield
使用新方法高产率从海带中提取岩藻依聚糖的生物活性
  • DOI:
    10.1016/j.foodchem.2017.11.083
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Food Chemistry
  • 影响因子:
    8.8
  • 作者:
    Zhao Dong;Xu Jian;Xu Xia
  • 通讯作者:
    Xu Xia
Treatment of different parts of corn stover for high yield and lower polydispersity lignin extraction with high-boiling alkaline solvent
高沸点碱性溶剂处理玉米秸秆不同部位高产低分散度木质素提取
  • DOI:
    10.1016/j.biortech.2017.10.055
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Bioresource Technology
  • 影响因子:
    11.4
  • 作者:
    Yang Mengyao;Yang Mengyao;Rehman Muhammad Saif Ur;Rehman Muhammad Saif Ur;Khan Asad Ullah;Yan Tingxuan;Xu Xia;Cui Ping;Xu Jian;Yan Tingxuan;Xu Xia;Xu Jian;Oleskowicz-Popiel Piotr;Xu J
  • 通讯作者:
    Xu J
Bioremediation of textile wastewater and successive biodiesel production using microalgae
纺织废水的生物修复和利用微藻连续生产生物柴油
  • DOI:
    10.1016/j.rser.2017.10.029
  • 发表时间:
    2018-02-01
  • 期刊:
    RENEWABLE & SUSTAINABLE ENERGY REVIEWS
  • 影响因子:
    15.9
  • 作者:
    Fazal, Tahir;Mushtaq, Azeem;Xu, Jian
  • 通讯作者:
    Xu, Jian

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  • 通讯作者:
    3.Wuhan Institute of Heavy Rain,China Meteorologic

其他文献

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冷冻保存过程中细胞骨架对人多能干细胞命运的调控机制研究及应用
  • 批准号:
    21576266
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  • 项目类别:
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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