蛋白酶的性质及影响因素

蛋白酶的性质及影响因素

酶是一种亲水蛋白链酶的总称，广泛存在于动物内脏、植物茎、水果和微生物中。由于动植物资源有限,工业上生产蛋白酶制剂主要利用枯草杆菌和栖土曲霉等微生物发酵进行制备。不同来源的蛋白酶在洗涤剂、制革、裘皮、医药、食品和酿造等行业中都有重要的用途1酶的结构和性质介绍1.1结构蛋白酶是一种蛋白质,具有蛋白质特殊的四级结构1.2活力中心的特征蛋白酶的活性中心是非极性的微环境,便于其与底物结合,活性中心仅占酶分子总体积的1%~2%,相当于2~3个氨基酸残基1.3感染带蛋白酶作为一种特殊的蛋白质,其结构的共同特点是:肽链一端有一个游离态的氨基(-NH1.4兄弟情谊机蛋白酶可将蛋白质水解成多肽,按其水解方式可分为内肽酶和外肽酶两大类2金属离子激活酶与金属离子相互作用的蛋白酶分为3种。一是金属酶:金属酶中的酶蛋白与金属离子牢固地结合在一起,金属离子通常作为酶的活性中心;二是金属离子激活酶:金属离子与酶蛋白松散地结合,金属离子作为酶活性的激活剂,由于形成的配合物稳定常数较小,易丢失使得酶活性减弱或丧失;三是金属离子抑制酶:金属离子与酶蛋白的结合破坏了酶的结构,使得酶活性降低甚至完全丧失。其中金属离子的作用部位,主要是酶活性中心的必要基团或酶的结构残基2.1金属酶金属酶分子中酶蛋白与金属离子结合十分紧密,稳定常数可达10基质金属蛋白酶是一类含Ca2.2金属离子对酶活性的影响金属离子激活酶中酶蛋白与金属离子的结合较弱,配合物稳定常数较小,金属离子作为辅因子改变酶的结构提高酶活性,有益于酶促反应的进行。此外,有些酶需要外加金属离子才具有活性,如Mg研究除Ca2.3心的需要/酶活性金属离子对酶的抑制作用分为不可逆性抑制和可逆性抑制2种类型。不可逆性抑制作用是指金属离子以共价键与酶活性中心的必需基团结合,引起酶活性的丧失。可逆性抑制作用中金属离子作用的部位不是酶活性中心,其通常与酶活性中心以外的巯基或其他基团结合,使酶活性降低或丧失,除去抑制剂酶可以恢复活性。一般来说,大多数重金属离子都可作为不可逆性抑制剂,与蛋白酶巯基进行不可逆结合,其对不同种类的蛋白酶都具有不同程度的抑制作用。胡毅等Mg3主要的酶作用金属离子对酶功能所起的作用主要可以分为催化作用、酶结构的形成和调节作用,而对酶功能所起的作用主要以一种作用为主,兼而也有其他的一些作用3.1金属离子检测酶分子中金属离子主要参与的催化为超酸催化,金属离子的作用类似于路易斯酸或亲电试剂,它能吸引电子使化学键减弱而易于断裂,从而加速反应的进行3.2金属离子参与结构的形成嗜热菌蛋白酶作为锌蛋白酶的一种,其肽链上有316个氨基酸残基,含有1个Zn3.3x-射线衍射法一些金属离子对酶活性只起调节作用,失去这些起调节作用的金属离子,酶仍然具有活性。金属离子对酶活性的调节作用情况复杂,目前多采用X射线晶体衍射法、圆二色谱法和荧光光谱法来分析金属离子与蛋白酶相互作用的机理。X射线晶体衍射法可间接研究酶分子晶体的空间结构,有助于从原子水平了解酶分子。Pantoliano等圆二色谱是应用最为广泛的测定蛋白酶二级结构的方法,是研究稀溶液中蛋白酶构象的一种快速、简单、较准确的方法含有芳香族氨基酸(色氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸)残基的蛋白酶在280或295nm的激发光下会产生荧光,其荧光光谱对环境极为敏感,成为研究蛋白酶的结构、折叠动力学以及蛋白酶分子间相互作用的一种理想选择。温帅等4化学对小分子酶活性的影响金属离子与蛋白酶的相互作用是蛋白酶制剂实际应用中需要考虑的重要因素。鉴于目前的研究深度,对于金属离子与蛋白酶的相互作用依然停留在现象描述阶段,对于相互作用的机理缺乏深入的了解。随着化学技术的不断发展,对生物大分子与小分子间弱相互作用本质的研究不断深入。目前主要采用X射线晶体衍射、核磁共振、质谱、圆二色谱、荧光光谱及紫外-可见吸收光谱等手段对范德华力、氢键和堆砌作用力等分子间弱相互作用进行进一步的研究。4.1小鼠蛋白酶结构信息X射线晶体衍射法可以间接研究蛋白酶晶体的空间结构,在研究具有复杂动力学行为的情况下,几乎是获得蛋白酶结构信息的唯一手段。与溶液中的构象相比,蛋白酶分子在晶体中的构象是静态的,因此X射线晶体衍射法不能测定不稳定的过渡态的构象,且很多蛋白酶很难结晶或很难得到用于结构分析的足够大的单晶,工作流程较长,限制了X射线晶体衍射法的应用。4.2超氧化物歧化酶的构象和测定蛋白酶三级结构圆二色谱法具有高度灵敏性,可研究蛋白酶立体结构的变化情况,特别是研究稀溶液中蛋白酶的构象,是一种快速、简便、较准确的方法。远紫外圆二数据能够快速得到溶液中蛋白酶的二级结构;近紫外圆二色谱能够反映芳香氨基酸残基、二硫键的微环境变化等蛋白酶三级结构信息。目前,圆二色谱预测蛋白酶结构的参考蛋白体系及计算算法还不完善,有待进一步发展。4.3小分子技术的应用荧光光谱是研究蛋白酶与各种有机小分子、金属离子及无机化合物相互作用的重要手段。利用荧光光谱法得到的荧光参数不仅能够做定量分析,还能够推断蛋白酶分子所处微环境中构象的变化,同时可以得到小分子与蛋白酶作用的结合常数及结合位点数等信息。因其具有灵敏度高,选择性好,工作曲线范围宽等优点,受到广泛的应用。由于Trp荧光强度最大,通常以Trp残基的荧光信息代表分子相互作用的信息是不全面的,应改进研究方法以获得更为准确的信息。4.4紫外-可见吸收光谱法紫外-可见吸收光谱是利用某些物质分子吸收在200~800nm光谱区的辐射来进行分析和测定的一种方法,目前利用紫外-可见吸收光谱法研究蛋白酶与探针小分子的作用以其简便、灵敏等优点被广泛应用。如稀土离子探针可用于研究蛋白酶分子与金属离子结合部位的结构类型,给出蛋白酶分子的构象,这种方法尽管研究较早并且已经得到广泛应用,但是探针反应机理迄今仍然不是很清楚,因此深入开展探针理论研究以深刻理解反应实质成为今后研究的一个重点。5金属离子对蛋白酶稳定性的作用近年来我国蛋白酶研究取得很大进展,到目前已生产和应用的蛋白酶品种已达21种之多,广泛用于丝绸、皮革、食品、洗涤剂及医药等行业。蛋白酶种类多,应用广泛,基础研究成了必不可少的一项重要工作,包括蛋白酶的分离纯化、物化性质及作用机制。蛋白酶不稳定,其活性易受环境因素的影响而降低甚至丧失,对蛋白酶激活因子的研究日益受到重视。因此,金属离子作为蛋白酶结构的一