脂肪氧合酶

动力学性质
大豆中LOXs Km=80.6μmol/L，Vmax=54.2μmol/(L •min)； 南美白对虾血淋巴中LOX Km=0.5mmol/L，Vmax=1670U/mg•min； 罗非鱼鳃组织中LOX Km=0.073mmol/L，Vmax=30800U/mg•min； 小球藻中LOX Km=104.18mmol/L，Vmax=4.12μmol/mg•min。
哺乳动物中的铁离 子中心含有四个组 氨酸残基配体 （His361，His366， His541，His545）和 一个C-末端异亮氨 酸残基配体 （Ile593)。
VLX-B的底物结合部位大约 由三个分支部分组成，其中 有两个分支在催化点附近急 剧弯曲，使其能容纳亚油酸 底物。这两个弯曲内腔是由 Q509和I552残基的侧链组成 的。这两个保守性氨基酸残 基分别与亚油酸底物的C-14 和C-8相毗邻。 Fig. 5. (A ) Residues constituting subcavity IIa
植物
5-LOX 8-LOX 12-LOX 13-LOX
动物
10-LOX 9-LOX 细菌 13-LOX Mini-LOX 15-LOX
真菌
Mn-LOX 15-LOX
大豆植物体中的LOX-B是只有 一条链的单聚体蛋白，分子量 大约为95kDa，约有853个氨 基酸残基， 并含2个结构域：
N端具有160个氨基酸残基， 由2个4股反平行板的β桶结构 形成。 C端具有693个氨基酸残基， 由23个α螺旋，2个反平行β板 与活性位点铁离子（Fe2+）组 成。
对脂肪氧合酶的研究大约已有70多年的历史，越来越 多的研究者开始利用基因沉默、基因删除等手段对转 基因植物中LOX进行研究，同时不断改进LOX产物分 析方法，从而推动LOX途径及代谢产物生理作用的研 究。 LOX的动力学以及抑制机理的研究是今后重点研究的 方向。
同时可利用分子生物学手段从分子水平深入揭示LOX 的代谢途径、LOX通路在癌症治疗方面的调节作用、 对植物体衰老的作用机制等。
如：在黄瓜脂肪体13-LOXs中，底物结合口袋的底部存在 一个组氨酸或苯丙氨酸残基的空间，而在9-LOXs中存在一 个缬氨酸残基空间。该位点是位置专一性的基本决定因素 。若它被较小的空间取代，充满缬氨酸和蛋氨酸残基，则 亚油酸13-LOX的位置专一性会变为9-LOX。
Hale Waihona Puke Baidu
有文献指出当亚油酸作为底物时，酶作用后存在4 种潜在的异构体和对映体。
that are conserved among the four soybean lipoxygenases. The shape of subcavity IIa of VLX-B, linoleic acid (violet stick model), and iron (pink ball) are depicted.
脂肪氧合酶在植物的生长、发育、成熟衰老以及抵御机械 损伤和病虫侵染等逆境过程中起着重要的调节作用。对于 脂肪氧合酶活性抑制的研究，是研究果实的成熟衰老的关 键。
脂肪氧合酶对食品风味和色泽也有一定的影响。因此研究 脂肪氧合酶活性的抑制特别是大豆及其制品的豆腥味、油 脂的劣变等是研究食品风味和香味的关键。
目前普遍认为脂肪氧合酶的催化 中心与铁离子有关，其活化态为 高自旋的氧化型Fe3+，非活化态 为高自旋的还原型Fe2+。 在大豆LOX-1中，铁离子中心含有 5个内源配体和1个外源配体，内 源配体包括三组组氨酸残基（His499，His504，His690）一个 Ile839残基及一个Asn694,外源配体为水分子。 在大豆LOX-B中，铁离子中心仅含有5个内源性配体即His513, His518，His704，Asn708和Ile853。
迄今为止，在所有已分析的LOXs中，在酶活性位点（即 “Coffa位点”）只有一种氨基酸参与了这部分反应。
底物特异性
大豆中LOX-1、LOX-3、VLX-B、VLX-D天然底物主要是亚 油酸和亚麻酸，其中VLX-D还可催化甘油三酯。 大部分哺乳动物最适底物是花生四烯酸，但鱼类的LOX 的最适底物变化较大，如鲑鱼的LOX的最适底物是DHA ，白鲢鱼和沙丁鱼的LOX的最适底物是亚麻酸。
制备香精香料
脂肪酸在脂肪氧合酶作用下氧化产生氢过氧化合物，氢 过氧化合物通过均裂或β-裂变分解，形成了小分子的醇、醛 、酮、酯等多种风味物质和热反应风味前体物质。将其作为 天然肉味香精的基料，可用于制备各种类型的肉味香精。
钟秋等人利用脂肪氧合酶催化氧化鸡脂，采用“脂肪氧化— 热反应”方法制备出肉香味浓郁、和谐且特征为突出的鸡肉 香味。 孙佳等人采用脂肪酶和脂肪氧合酶双酶法作用于猪肉，制备 出香精香味饱满，猪肉特征突出且脂香浓郁的猪肉香味。
医药行业
脂肪氧合酶(LOX) 能催化底物生成各种类花生酸物质， 在癌症预防和治疗中发挥重要作用，有望成为新的抗癌药物 作用靶点。
5-LOX可催化花生四烯酸代谢形成不稳定的环氧化物白三烯 （LTA4），进而有可能水解成LTB4等。LTB4是一种很强的 致炎物质，可导致急性肺损伤，哮喘病等。 15-LOX基因产物可能作为一种抗炎因子和细胞膜重塑的调节 因子，也可能是一种潜在的肿瘤抑制因子。有研究报道， 15-LOX对乳腺癌、胰腺癌和结肠癌都具有抑癌活性。
焙烤工业
在面粉中加入1%含脂肪氧合酶活力的大豆粉，能改进面 粉的颜色和焙烤质量。其原理：
脂肪氧合酶可通过偶合反应导致胡萝卜色素被漂白，面粉颜 色可有所改善； 脂肪氧合酶生成的氢过氧化物起着氧化剂作用，面筋蛋白质 的巯基被氧化形成二硫键，形成稳定的三维网状结构；
脂肪氧合酶的加入可防止结合态脂肪的产生，增加游离脂肪 的数量，改进面包的体积和松软度。
还原作用
当Fe3+被还原成Fe2+时，LOX活性会受到抑制。例如，硒化物和去 甲二氢愈创木酸可以抑制LOX，抑制机理即是将Fe3+转变成Fe2+。
竞争脂质自由基
有一些抑制剂可能是和催化过程中的自由基发生反应，从而使链式反 应终止。 有研究表明在β-胡萝卜素抑制LOX的过程中，β-胡萝卜素的添加可以 减小LOX催化反应过程中共轭二烯基的生成速率。β-胡萝卜素是在链反 应开始时和亚油酸自由基(L· )反应，转变成它的初始状态(LH) ，因此酶 就不能完成链反应。 与β-胡萝卜素抑制机理相似的还有栎精，它在40μmol/L时具有最大 的抑制作用，此时可以抑制LOX活性30%。
脂肪氧合酶（EC1.13.1.13) 是种氧化还 原酶，其结构中含有非血红素铁，能催化含 顺，顺-1,4-戊二烯结构的不饱和脂肪酸，通 过分子加氧，生成具有共轭双键不饱和脂肪 酸的氢过氧化物。
脂肪氧合酶分类 结构与催化机制 脂肪氧合酶酶学特性 脂肪氧合酶抑制机制 脂肪氧合酶应用
9-LOX 13-LOX
Fig.4. The shape of subcavity Ila of VLX-B、 LOX-1. The O2 cavity(red arrow)， extended cavity(blue arrow), and entrance site (green arrow) are indicated. The iron is depicted the by red ball(B). The view in (B) is ~45°rotated from the view in (A), along the horizontal axis.In LOX-1，the modeled linoleic acid is depicted in violet color.
半胱氨酸、VC、BHT 和TBHQ等抗氧化剂对脂氧合酶活性有 抑制作用；有研究表明，厚朴和白芍这两种中草药的95 % 乙醇提取液对其活性有较好的抑制作用。
与底物竞争酶的活性部位
抑制剂可以作为底物参与反应，从而抑制LOX活性。例如：VC对 LOX活性的抑制作用。
螯合作用
抑制剂与Fe2+发生螯合作用后，使LOX保持非活化状态。例如， 罗勒和山奈提取物，儿茶素与酶的活性中心Fe2+相互作用，从而导 致酶的失活。
自由基理论
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LOXs的区域专一性和立体专一性取决于反应pH、 底物结合口袋的深度和宽度、进入的多不饱和脂 肪酸底物头到尾的方向（即羧基端或甲基端先） 、特定脱氢（L型或D型）、氧进攻方向（-2或+2 方向）和氧与底物结合的方位（相同或相反）。 其中，多不饱和脂肪酸中顺，顺-1,4-戊二烯C-3亚 甲基基团的结构与催化铁部位的接近程度是关于 位置控制的一个决定因素。
区域专一性主要体现在①立体选择性地去除氢② 通过中间环节脂肪酸自由基重新选择异侧氧插入 位点。
可采用酶与底物相互作用的结构数据和模型来解释酶的区 域专一性，首先先介绍两种模型：①底物脂肪酸可能以甲 基端头穿过活性位点，使亚油酸13-脂氧合作用发生——空 间相关模型；②底物以反向的“头到尾”方向进入活性位 点，使亚油酸9-脂氧合作用发生——定向依赖模型。
最适温度
大豆中LOXs在低温下（<40℃）具有较高的活性； 南美白对虾血淋巴中LOX最适温度为25℃； 罗非鱼鳃组织中LOX最适温度为30℃； 小球藻中LOX最适温度为35℃。
最适pH
大豆中LOXs最适pH为9.0； 南美白对虾血淋巴中LOX最适pH为9.6； 罗非鱼鳃组织中LOX最适pH为10.0和4.0； 小球藻中LOX最适pH为7.4和9.6。