漆酶催化活性中心结构及应用的研究进展

第8卷第2期2000年　6月 纤维素科学与技术

Journal of Cellulose Science and T echnology

V ol.8　N o.2

Jun.　2000

综述评论漆酶催化活性中心结构及应用的研究进展Ξ

李光日　余惠生3　付时雨　秦文娟

(中国科学院广州化学研究所纤维素化学开放研究实验室　广州　510650)

文　摘:综述了漆酶催化活性中心结构及应用的研究进展。漆酶的催化

反应发生在铜离子形成的活性中心,但其氧化能力与氨基酸配体有密切

的关系。漆酶可应用于带有羟基或氨基的芳香族单体的聚合反应,偶氮

染料的合成及降解,稠环芳烃的降解去毒等。同时在纸浆的洁净漂白,化

学分析中痕量物质的检测,食品的保鲜及改良和环保等方面有重要应用。

关键词:漆酶,催化活性中心结构

中图法分类号:Q55

0　前　言

漆酶是一类含铜的多酚氧化酶(P—diphenol:oxidoreductase,EC1.10.3.2)。早在1883年,Y oshida从漆树的分泌物中发现了一种蛋白质,它可使油漆迅速固化[1]。1894年Bertrand将这种蛋白质命名为漆酶[2]。随后人们发现这种酶不仅存在于漆树的分泌物中[3～5],而且存在于多种植物[6～8]、昆虫[9,10]和高等真菌中[11～15]。

近年来,漆酶在痕量物质的分析、染料合成与降解、食品性质的改良、环保和皮革工业等领域显示了较高的应用价值。尤其重要的是漆酶在氧化还原介体的协助下具有降解木素的能力[16],可以用于纸浆中残余木素的脱除,有利于发展全无氯的纸浆漂白技术。与传统的氯漂工艺相比,利用漆酶来脱除纸浆中的残余木素,不会产生有毒性的氯酚类化合物,对减少环境污染有着重要的意义。因此漆酶作为一种具有很大的潜在应用价值的酶越来越受到人们的关注。关于漆酶产生方面的研究大多数是以白腐菌为研究对象,只有少数是以细菌[17]为研究对象。王佳玲等人对产漆酶白腐菌菌种,培养方式及产漆酶效果的影响因素等方面做过较为系统的总结[18]。本文将分以下三个方面对近年来有关漆酶的一些研究结果进行扼要的综述。

1　漆酶的催化活性中心结构

漆酶一般以单蛋白体的形式存在,其分子量范围一般是从52K Da到110K Da,也有些漆酶分子的分子量大于110K Da。不同来源的漆酶其分子被不同程度地糖基化,碳水化合物含量占10%～45%(质量分数),一般情况下真菌漆酶的碳水化合物含量要低于植物漆酶的碳水化合物含量[19]。含有糖基的蛋白不易结晶,为了研究漆酶蛋白多肽的

收稿日期:2000-01-06

国家自然科学基金和广东省科学基金资助课题

3通讯联系人

结晶结构,Ducros Valerie 等人首先将Coprinus cinereus 产生的漆酶利用酶法去除了糖基,然后以聚乙二醇为沉淀剂,利用悬滴法把它制作成小片晶体。经过X —射线衍射分析,

发现它们属于空间群P212121,单位晶胞参数为a =4.54nm ,b =8.57nm ,c =14.31nm [20]。

漆酶是一种铜蛋白,每个漆酶蛋白分子中含有四个铜离子[19]

。漆酶分子中的铜离子在催化氧化反应过程中起决定作用。根据磁学和光谱学性质将漆酶分子中的四个铜离子分为三类:Ⅰ型一个,Ⅱ型一个,及Ⅲ型两个。Ⅰ型铜离子是单电子受体,呈顺磁性。若用电子顺磁共振(EPR )谱检测漆酶中的Ⅰ型铜离子,可以检测到很低的超精细

分裂常数(＿Az {),依不同来源的漆酶其{Az {值的范围是40～95×10-4cm -1。在

C N -和N -3的存在下这个铜离子的EPR 谱没有明显的变化,因此可以断定这个铜离子深埋在漆酶分子的内部。Ⅰ型铜离子呈蓝色,在λ614nm 处有特征的吸收峰。Ⅱ型铜离子也是单电子受体,呈顺磁性,不显蓝色,亦没有特征的吸收光谱。漆酶分子中的Ⅱ型铜离子是可以被替换的,它的去除对于Ⅰ型铜离子的吸收光谱有微弱的影响。一般

情况下Ⅱ型铜离子的{Az {>140×10-4cm -1。Ⅲ型铜离子是偶合的离子对,是抗磁

性的,因此甚至在室温下也检测不出其EPR 谱。Ⅲ型铜离子在λ330nm 处有宽的吸收峰[19]。

表1 一些不同来源漆酶的氧化还原电势及部分氨基酸顺序

漆酶

部分氨基酸顺序E 0(V )S tL

506　H C H I A W H V S G G L 5170.51MtL

502　H C H I A W H V S G G L 5130.47Rs L

459　H C H I D W H L E A G L 4700.71T v L

452　H C H I D F H L E A G F 4630.78Pv L

451　H C H I D F H L E A G F 4620.79zAO 506　H C H I E P H L H M G M

5170.34　3　#　3 # #

3与III 型铜离子配位;#与I 型铜离子配位

铜离子虽然是漆酶催化反应的活性中心,但其催化性能还受周围氨基酸配体的影响,因氨基酸配体的不同,漆酶的氧化能力是不同的。表1是一些不同来源漆酶的部分氨基酸顺序及氧化还原电势值。Xu Feng 等人利用此表分析了氨基酸配体对漆酶氧化

还原电势值的影响。从表中可以看出三个高E 0漆酶(T v L ,Rs L 和Pv L )具有亮氨酸—

谷氨酸—丙氨酸三肽,两个低E 0漆酶(MtL 和StL )具有颉氨酸—丝氨酸—甘氨酸三肽,

这些相当于zAO 中的513LH M 515。这三个氨基酸是Ⅰ型铜离子囊形空穴的组成部分,也

是束缚底物的活性空穴的组成部分。与zAO 的氨基酸顺序类比,LE A ΠVSG 片段应与Ⅰ

型铜离子和束缚底物的位置相接近。LE A 片段的存在似乎与高的E 0值相关联,VSG 片

段则似乎与低的E 0值相关联。其次,与F 在T v L 和Pv L 中出现不同,L 在Rs L 中的位

置相当于Ⅰ型铜离子轴向配体(zAO 中的M 517)。另两个低E 0漆酶(MtL 和StL )中也可

以发现到L ,这说明F 在这个位置上并不是高E 0的先决条件[21]。这些分析至少在一定

程度上可以说明氨基酸配体对漆酶的性质有重要的影响。

34第2期 李光日等:漆酶催化活性中心结构及应用的研究进展