论文部分内容阅读
酶的化学修饰就是利用化学手段将水溶性大分子或基团结合到酶分子上,改变酶的理化性质,最终达到改变酶的催化性质的目的。化学修饰在研究酶活性中心的结构、揭示酶活性的生物学功能、改善酶的性质等方起着重要作用,已成为国际上的一个重要的研究热点。酵母蔗糖酶(yeast invertase,EC 3.2.1.26,YInv)属于糖苷水解酶GH32家族。该酶能水解蔗糖生成D-葡萄糖和D-果糖,主要应用于食品、饲料添加剂、医药检测和生物科研等领域。目前,国内外对酶化学修饰的研究主要集中于医药用酶,对工业用酶的化学修饰目前研究得不多,而应用低分子量右旋糖苷对酵母蔗糖酶进行化学修饰的研究目前尚未有报道。
本研究以低分子量右旋糖苷(dextran)作为修饰剂,蔗糖作为反应底物,通过正交试验探讨pH、温度、修饰时间、温度和修饰时间的交互作用等因素对修饰效果的影响,筛选最佳修饰反应条件;同时研究修饰前后酶的最适pH、最适温度、pH稳定性和热稳定性的变化,研究修饰前后蛋白变性剂(尿素和盐酸胍)以及EDTA和几种金属离子(Mn2+、Zn2+、Fd2+)对酶催化活性影响及其催化动力学的变化,并通过紫外吸收光谱、紫外差示光谱、荧光发射光谱等分析,研究右旋糖苷化学修饰对酶分子的构型和构象的影响。
通过正交试验筛选出最佳修饰反应条件为:pH 5.0的反应体系中,反应温度为20℃,反应时间为8h。以此方案进行实验,加入右旋糖苷二醛和蔗糖酶各25mg,同时,反应体系中添加0.855g蔗糖作为酶保护剂,修饰后酶的比活力是428.163U/mgprotein,比修饰前提高56.7%。采用极差分析法对正交试验结果作直观分析,发现对修饰效果影响大小的因素依次为:修饰时间>温度>pH>温度与修饰时间的交互作用。
对’YInv和Dextran-Inv的酶学性质研究发现,YInv的最适pH为4.5,Dextran-Inv的最适pH在4.0~5.0范围内;YInv的最适反应温度在55℃~60℃,Dextran-Inv的最适反应温度在50℃~55℃。Dextran-Inv在pH3.5缓冲液中的稳定性较YInv所提高,在pH 6.5缓冲液中的稳定性及其热稳定性有所降低。
对修饰前后酶对蛋白变性剂的耐受性的研究发现,修饰后,Dextran-Inv在尿素和盐酸胍中的稳定性都有所下降。同时,在研究不同浓度EDTA和金属离子(Mn2+、Zn2+、Fe2+)对修饰前后酶催化活性影响的变化中发现,EDTA对YInv和Dextran-Inv的活性都有抑制作用,抑制率最高分别达15%和17%;Mn2+对YInv和Dextran-Inv都有激活作用,激活率最高达22%和36.2%;Zn2+和Fe2+对YInv有抑制作用,对Dextran有不同程度的激活作用。动力学分析结果显示,修饰后的Dextran-Inv与底物的亲和力有所下降,而最大反应速度则有较大幅度的提高。YInv和Dextran-Inv在尿素和盐酸胍中的动力学研究表明,尿素和盐酸胍对YInv和Dextran-Inv的抑制主要通过降低酶与底物的亲和力实现的,类似于竞争性抑制。YInv和Dextran-Inv在EDTA和金属离子中的酶促动力学性质研究结果显示,EDTA对Ylnv和Dextran-Inv的抑制主要通过降低酶最大反应速率实现,类似于反竞争性抑制。Mn2+引起YInv和Dextran-Inv酶活力上升主要通过最大反应速率上升而实现的。低浓度(5mmol-L)Zn2+和Fe2+抑制YInv活性主要通过降低酶的最大反应速率实现的,类似于非竞争性抑制。高浓度(15mmol/L)Zn2+和Fe2+抑制YInv活性主要是通过降低最大反应速率实现和降低底物亲和力实现的,属于反竞争性抑制。Zn2+和Fe2+激活Dextran-Inv主要通过最大反应速率的提高来实现。
光谱分析结果表明,修饰后的Dextran-Inv构型和构象都发生了改变;经过不同浓度的尿素和盐酸胍处理后,YInv和Dextran-Inv的构型和构象均发生改变;经不同浓度EDTA、Zn2+和Fe2+保温后,YInv和Dextran-Inv的构型和构象均发生变化,但经不同浓度Mn2+保温后,YInv和Dextran-Inv的构型和构象基本没有发生变化。