表面活性劑與過氧化氫酶相互作用對酶活性和構(gòu)象的影響.pdf

1、與很多合成的催化劑相比，酶催化具有較高的選擇性和催化效率、較小的生物毒性及反應(yīng)條件溫和等優(yōu)點(diǎn)，是生物體內(nèi)各種生物化學(xué)過程必不可少的。在酶的應(yīng)用中，總是要考慮兩個(gè)基本問題，即酶在反應(yīng)環(huán)境下的催化活性和活性的動力學(xué)穩(wěn)定性。表面活性劑是酶催化反應(yīng)體系中經(jīng)常使用的添加劑，夠調(diào)控酶的催化活性和穩(wěn)定性。本論文采用等溫滴定量熱(ITC)、熒光光譜、圓二色譜和紫外可見光譜等方法，研究了陰離子、陽離子和兩性離子表面活性劑與過氧化氫酶(BLC)的相互作用及

2、對酶結(jié)構(gòu)和活性的影響，從熱力學(xué)與分子結(jié)構(gòu)的角度討論了表面活性劑對酶活性影響的機(jī)理。主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下:
　　1.通過紫外可見光譜(UV-vis)表征了表面活性劑對酶活性的影響。結(jié)果表明，陰離子型表面活性劑(SDS、SDSo)在低濃度下能抑制BLC活性，并且在它們各自的臨界膠束濃度(cmc)附近時(shí)能夠使酶變性。當(dāng)陽離子型表面活性劑(DTAB)逐漸加入到BLC溶液時(shí)，在DTAB濃度達(dá)到cmc以前，過氧化氫酶經(jīng)歷了聚集而后再分散的過

3、程，酶的相對活性降低到80％左右，而動力學(xué)穩(wěn)定性明顯提高。兩性離子型甜菜堿表面活性劑(SB3-12)對酶的活性沒有明顯的影響，對酶的天然結(jié)構(gòu)也具有一定的保護(hù)作用。在SB3-12存在時(shí)，過量的SB3-12能抑制SDS對BLC活性的影響。發(fā)現(xiàn)當(dāng)xSB3-12＞0.5時(shí)，BLC依然能夠保持較高的活性，當(dāng)xSB3-12＜0.5時(shí)，BLC的活性迅速降低，BLC的活性受兩種表面活性劑的摩爾分?jǐn)?shù)控制。當(dāng)BLC在DTAB與SB3-12混合表面活性劑溶液

4、中培養(yǎng)時(shí)，酶活性受DTAB濃度控制。
　　2.采用等溫滴定量熱研究了表面活性劑與酶分子之間的相互作用。研究結(jié)果表明，表面活性劑與酶的相互作用的熱力學(xué)與極性頭基的電荷性質(zhì)有關(guān)，離子型表面活性劑首先會與酶分子上的相反電荷位點(diǎn)結(jié)合。SDS與酶之間的靜電作用伴隨著烷基鏈與酶分子的疏水作用，過量的SDS在酶分子表面形成分子簇，使酶展開;當(dāng)DTAB與酶發(fā)生靜電作用時(shí)，由于酶表面的負(fù)電荷位點(diǎn)附近缺少疏水域，過量的DTAB在不同酶分子上形成的分子

5、簇能夠聚集成共享膠束，促進(jìn)了BLC分子的靠近并發(fā)生聚沉。隨著DTAB濃度的增加，共享膠束解離成結(jié)合在酶表面上的半膠束，增加的靜電排斥效應(yīng)使聚集體開始重新分散;兩性離子的SB3-12與酶分子之間的相互作用要比DTAB或SDS與酶分子之間的相互作用都要弱。SB3-12和SDS形成的混合表面活性劑與酶的相互作用由它們的摩爾分?jǐn)?shù)控制，當(dāng)xSDS＜0.50時(shí)，SDS分子協(xié)同地與酶分子作用形成分子簇，同時(shí)也與SB3-12膠束作用形成混合膠束，在一定

6、的組成區(qū)間能夠抑制SDS對BLC的變性效應(yīng)。當(dāng)xSDS＞0.50時(shí)，過量的SDS作用于BLC分子，使酶分子展開。對于SB3-12/DTAB/BLC混合體系，SB3-12不影響DTAB與BLC的靜電作用，但是能夠促進(jìn)BLC分子之間形成混合的或SB3-12和DTAB分別構(gòu)成的共享膠束，減小了使BLC聚沉的DTAB濃度。
　　3.采用熒光光譜法和圓二色譜法研究了不同類型的表面活性劑對酶構(gòu)象的影響。在陰離子型表面活性劑(SDS、SDSo)

7、存在時(shí)，BLC發(fā)生了三級結(jié)構(gòu)由松弛到展開的漸變過程，α-螺旋和β-折疊的分?jǐn)?shù)也同時(shí)發(fā)生變化，無規(guī)則卷曲分?jǐn)?shù)增加，直至酶分子完全展開。在含SB3-12的體系中，酶的二級和三級結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生明顯的變化。DTAB使酶分子的三級結(jié)構(gòu)發(fā)生了明顯的變化，但是由于酶聚集體的生成，CD光譜不能檢測酶的二級結(jié)構(gòu)。在酶和SB3-12共存的溶液里加入SDS，在SDS過量以后，酶的二級和三級結(jié)構(gòu)的變化與沒有SB3-12時(shí)有類似的規(guī)律。結(jié)合這些酶活性、分子間相互作

8、用熱力學(xué)及酶結(jié)構(gòu)的研究結(jié)果，發(fā)現(xiàn)各種性質(zhì)的變化與表面活性劑的濃度相關(guān)，據(jù)此提出了所研究的表面活性劑與BLC相互作用的機(jī)理。
　　4.本課題組前期工作研究表明α-糜蛋白酶(α-CT)在陽離子型Gemini表面活性劑存在下具有超活性。作為此研究工作的延伸進(jìn)一步研究了12-10-12與α-CT混合體系。通過等溫滴定量熱法系統(tǒng)地測定了在12-10-12濃度小于cmc時(shí)與α-CT的相互作用焓，討論了在12-10-12緩沖溶液中酶的超活性及低