理论教育 固定化酪氨酸酶研究成果

固定化酪氨酸酶研究成果

时间:2023-10-17 理论教育 版权反馈
【摘要】:除2,4-二氯苯酚,相比其他过氧化物酶,经酪氨酸酶处理的苯酚和氯酚废液的毒性明显降低。到目前为止,有关真菌内酪氨酸酶的生理作用知识十分有限,涉及动力学特点和各亚型间相互联系的生化信息需进一步补充说明。综上所述,为确定蘑菇酪氨酸酶在其他未开发领域内的作用需要进行大量的调查研究,这也有助于在多种应用领域内设计或改良酶活性。

固定化酪氨酸酶研究成果

固定化酶是生物技术应用的重要方面。在工业上,酶的固定化能够增加酶的可复用性,减少生产成本。酶的固定化技术主要包括聚合凝胶包埋法、非溶解质吸附法、生物膜包装法、双/多功能团交联法和非溶解载体结合法(Klibanov,1983;Katchalski and Silman et al.,2006)。

相关研究人员进行了大量的尝试来探究固定化酪氨酸酶在工业性生产L-多巴的前景,以及利用纤维素载体、胶原膜、聚丙烯酰胺凝胶、CH琼脂糖凝胶、固相酶载体AA、海藻酸铜凝胶、尼龙管,羟基铝-蒙脱石复合物和利用戊二醇为交联剂的壳多糖片等多种情况下固定化酶的应用(Seetharam and Saville,2002;Tembe and Karve et al.,2006)。Munjal和Sawhney比较利用海藻酸凝胶、聚丙烯酰胺凝胶和明胶凝胶固定化的酪氨酸酶,结果表明包埋于明胶凝胶的固定化酶在活性、储存时间和热稳定性方面表现更佳,可投入帕金森症常用处方药L-多巴的大量生产(Munjal and Sawhney,2002)。

基于固定化酪氨酸酶构建产生L-多巴生物反应器越发受到关注,介于L-多巴的商业生产应用还未建立,该领域还需要进行许多研究工作。

工业废水处理方面,作为生物感应器和催化剂的酪氨酸酶被应用于酚类化合物的测定和解毒,被视为一种环境友好型污水处理法(Tembe and Karve et al.,2006)。有人利用蘑菇酪氨酸酶催化清除废水中酚类化合物,只是转换率随底物而变,另外添加硫酸铝对酚溶液中有色物质的去除收效甚微。除2,4-二氯苯酚,相比其他过氧化物酶,经酪氨酸酶处理的苯酚和氯酚废液的毒性明显降低。共价结合于聚合物(乙二醇衍生物)的固定化酪氨酸酶稳定性增强,可高效应用于酚类底物的生物转换。用酪氨酸酶处理酚类底物会观察到颜色变化,添加含壳多糖、乙二胺-环氧乙丙烷和聚乙烯亚胺等聚合物的氨基可消除颜色变化,且后者效果优于壳多糖。固定于阳离子交换树脂和磁铁矿的酪氨酸酶几乎可完全清除酚类化合物(Wada and Ichikawa et al.,1995)。Sun等人阐述了固定化酶对酚类化合物的两步清除法。首先,酪氨酸酶将酚类氧化为醌,然后以化学方法吸附于壳多糖,这样能高效清除污水中绝大部分的紫外吸附剂,实验还表明固定化酪氨酸酶比游离酪氨酸酶效果更佳(Sun and Payne et al.,1992)。

图5-1 酪氨酸酶生物传感器的反应机理(www.daowen.com)

Reaction sequence for tyrosinase biosensor.Ph=phenol,Ph*=phenoxy radical,and Q=quinone(Ortega and Domínguez et al.,1994;Puig and Barcelo,1996;Seo and Sharma et al.,2003).

此外,为优化与量化酶对酚的清除作用,人们研制出了基于固定化酶的生物传感器,它利用酶—底物的亲和性测定环境样品中的有害物质,其中大量的生物传感器均基于固定化酪氨酸酶(Sanz and Mena et al.,2005)。在绝大部分已发表的文献中,生物传感器均指代电流型生物传感器,它具有高灵敏性和高选择性的优点。电流型生物传感器的作用机制如图5-1所示,最终导致信号放大。附有固定化酶的生物传感器可通过固态石墨、复合电极(如电极糊、石墨-环氧树脂电极和石墨-聚四氟乙烯电极)和疏水性半固态基质筹备,其中固态石墨电极比复合电极更灵敏,且可以测定微量苯酚类和邻苯二酚类的浓度值。利用酪氨酸酶,研究人员还研发出了测定连续流系统中酚类的传感器,该传感器的检测极限为1.14×10-7。在氧化铝溶胶凝胶膜上,利用蘑菇酪氨酸酶和介质(Fe(CN)6 4-)的共固定化可以提高酶的稳定性,并使酶的功能活性高达5×10-2 U。在玻碳电极中,借助带正电壳多糖(N-脱乙酰壳多糖衍生物)薄膜上形成的固定化酪氨酸酶,研发出了可测定低于皮摩尔级苯酚类化合物浓度的高敏(150 nA/nM)电流型传感器。有报道还提及基于固定化酪氨酸酶的毛细管膜生物反应器。在处理工业废水的酚类物质过程中,为消除有色醌类产物,向反应体系加入包含壳多糖的填充物,经过两步生物降解可消除体系中绝大部分有色醌类物质。Espín等人指出酪氨酸酶还有另一重要的工业应用,即酶性合成二元酚类抗氧化剂,羟基酪醇(HTyr),该化合物主要存在于直馏橄榄油和加工橄榄油产生的废水中(Espín and Soler-Rivas et al.,2001)。同时存在酪氨酸酶和抗坏血酸情况下,利用低价的单酚前体酪醇也能获得此类二元酚类化合物,但是该化学反应对底物的消耗极大,且产物需要进一步纯化以避免造成污染,因此,无污染的酶性催化成为替换化学合成羟基酪醇的方法(Capasso and Evidente et al.,1999)。酶法合成反应过程可持续,易操作,且与工业用途的生物反应器相适应。

到目前为止,有关真菌内酪氨酸酶的生理作用知识十分有限,涉及动力学特点和各亚型间相互联系的生化信息需进一步补充说明。而且,我们也需要确定酪氨酸酶的X射线晶体结构,为酪氨酸酶的反应机制作出更多解释;它也有助于体外试验中的致突变性研究,包括反义RNA技术和基因沉默,这有利于减少体内酪氨酸酶产量。

综上所述,为确定蘑菇酪氨酸酶在其他未开发领域内的作用需要进行大量的调查研究,这也有助于在多种应用领域内设计或改良酶活性。

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