过氧化氢酶的研究与应用新进展.pdf

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1、亿与生物Z程2009．voI．26N0．3田Chemjstry&BiOengineering过氧化氢酶的研究与应用新进展刘灵芝，钟广蓉，熊莲。。常雁红。。肖宝清，罗晖(1．北京科技大学生物科学与技术系，北京1O0083；2．北京科技大学环境工程系，北京1OOO83)摘要：过氧化氢酶是一种广泛存在于好氧微生物和动、植物体内、催化效率较高且具有重要工业应用价值的酶。在论述过氧化氢酶的类型划分、结构特点和功能的基础上，阐述了过氧化氢酶的分离纯化和极端环境下微生物产过氧化氢酶的研究进展，并对过氧化氢酶在食品、环保、造纸、纺织等行业中的应用进行了介绍。关键词：过氧化氢酶；极端微生物；

2、应用；进展中图分类号：Q814文献标识码：A文章编号：1672～5425(2O09)O3一O015一O4过氧化氢酶(Hydrogenperoxidase)又称触酶似性，都是由4个具有相同多肽链的亚基组成，每个亚(Catalase，CAT)，是一类广泛存在于动物、植物和微基含有一个血红素辅基作为活性位点，该辅基的形式生物体内的末端氧化酶，是以过氧化氢为底物，通过催为铁卟啉，一分子中含有4个铁原子，相对分子量一般化一对电子的转移而最终将其分解为水和氧气。该酶为2OO～340kDa[6]。天然CAT的血红素活性位点处是在生物演化过程中建立起来的生物防御系统的关键于高度自旋的Fe”

3、状态，它可以在过氧化氢的2一电子酶之一，并在食品、医药、纺织、造纸、环保等行业具有氧化下形成复合物。重要的应用l_1]。双功能CAT，广泛存在于动、植物组织中。其典型特点是具有两种不同的催化行为，由于同样含有铁lCAT的来源及分类血红素结构，所以具有与单功能CAT相同的催化功迄今为止的研究表明，几乎所有需氧微生物中都能，但催化能力比单功能CAT要低1个数量级『7]，不存在CAT，动物肝脏、红细胞、植物叶绿体等也含有大过在生物体中，这种差别几乎可以忽略不计。双功能量CAT。CAT对有机组织中过氧化反应具有更宽的底物范围，早期按来源不同CAT被划分为真核CAT和原对温度、pH值

4、、HO含量变化较为敏感。核CAT，真核CAT主要来源于动植物组织，原核到目前为止，仅有3种锰CAT被发现，由KonoCAT主要来源于微生物。1989年，Goldberg等_3按等_8和Barynin等分别从乳酸菌和嗜热生物组织中获照结构和序列水平的异同将CAT划分为三个亚得。电子光谱与电子自旋共振(EsR)谱证实其中含有2群[4j，即单功能CAT(Mon0functionalcatalase或个紧邻的锰离子，存在混合价态Mn(Ⅱ，Ⅲ)和Mn2(Ⅲ，Typicalcatalase)、双功能CAT(Catalase—peroxidase，Ⅳ)。还原态Mn2(Ⅱ，Ⅲ)显示弱的反铁

5、磁性偶合，而氧CAT—PoD)和锰cAT(Mn—catalasee)。按照催化中心化态Mn(Ⅲ，Ⅳ)显示较强的反铁磁性偶合。结构差异CAT可分为两类：(1)含铁卟啉结构的3CAT的研究进展CAT，又称铁卟啉酶；(2)含锰离子替代铁的卟啉结构的CAT，又称锰过氧化氢酶(MnCAT)l_5]。3．1CAT的分离纯化自1937年Sumner等得到牛肝过氧化氢酶的结2CAT的结构特点和功能晶之后，人们开始利用不同的方法从各种动物组织和单功能CAT，几乎存在于所有需氧生物中。尽管微生物中提纯过氧化氢酶_l]。1999年，巴西生物来源不同，大部分单功能CAT在结构上具有高度相学家利用血

6、清蛋白和过氧化氢酶共纯化，从人胎盘发基金项目：国家科技支撑计划资助项目(20。8BAD91BO1)，北京市科技新星计划资助项目(20o6B22)收稿日期：2。08—11—13作者简介：刘灵芝(1983一)，女，河南人，硕士研究生，研究方向：生物化工；通讯联系人：罗晖，副教授。E-mai1：luohui99@yah0o．圈刘灵芝等：过氧化氢酶的研究与应用新进展／2009年舞3期生溶血的血液中提纯过氧化氢酶，并应用染料亲和层生产的CAT酶活较高，而且对热和碱的稳定性都较析法纯化了过氧化氢酶_1。林少琴等口阳将新鲜贻贝好，在纺织清洁生产中具有良好的应用潜力。肉匀浆抽提液经硫酸铵盐

7、析、DEAE—SepharoseFF柱3．2．3极端CAT的生物技术层析纯化，得到过氧化氢酶。田荟琳[】6]以猪血为原由于大多数极端微生物的培养和酶的提取都比较料，采用SephadexG～1O0层析和PEG6O0O分子筛层困难，难以获得大量低成本的过氧化氢酶，因此，采用析法纯化了过氧化氢酶。随着基因工程方法的广泛应基因重组技术进行极端cAT的克隆和表达就成了必用，越来越多天然过氧化氢酶的基因被克隆并构建成然的趋势[2。本课题组采用新的基因克隆策略，避开具有6×His—tag或其它多肽标签的融合蛋白，通过金繁琐的菌株