极端酶的研究.pdf

维普资讯 微生物学杂志 2004年 11月 第24卷 第 6期 JOURNALOFMICRoBIoLoGYNov．2004Vo1．24No．6 47 · 综 述 · 极端酶的研究* 刘爱民 ．一。黄为一 (1．安徽师范大学 生命科学学院，安徽 芜湖 241000；2．南京农业大学 生命科学学院，江苏 南京 210095) 摘 要 从极端酶的种类、作用机制、应用前景来阐明极端酶的研究进展。 关键词 极端酶 ；作用机制 ；应用前景 中圈分类号 O．93 文献标识码 A 文章编号 1005—7021(2004)06—0047—04 极端环境指普通微生物不能生存 的环境条 随机切割成限制性片段 ，再插入寄主细胞 (E．coil 件，如高温 、低温 、低 pH、高 pH、高盐度、高辐射 、 或 Bacterium等)进行表达 ，并筛选极端酶 ，RBI公 含抗代谢物、有机溶剂、低营养、重金属及有毒有 司利用此法获得 175种新 的极端酶 。目前 日本 、 害物等环境条件 。能在这种极端环境中生长 的微 美国、欧洲等国都启动了极端微生物的研究计划， 生物叫做极端微生物或嗜极菌。极端微生物 由于 主要工作包括 ：新物种 的发现、新产物 的研究与生 长期生活在极端的环境条件下，为适应环境 ，在其 产、极端酶的结构与功能用其基 因的克隆表达、适 细胞 内形成 了多种具有特殊功能的酶 ，即极端酶。 应机理 的分子基础及遗传原理、基 因组分析 1【j。 极端微生物是天然极端酶 的主要来源，生活在生 1 嗜热酶 命边缘(高温温泉、海底、南北极、碱湖和死海等)， 包括 ：嗜热菌、嗜冷菌、嗜盐菌 、嗜碱菌、嗜酸菌、嗜 人们从嗜热菌中已分离得到多种嗜热酶 (55 压菌、耐有机熔媒、耐辐射的菌类 ，体 内有适应于 ～ 80℃)及超嗜热酶(80～113℃)，包括：淀粉酶、 生存环境的基 因、蛋 白质和酶类。极端酶能在各 蛋 白酶 、葡萄糖苷酶 、木聚糖酶及 DNA聚合酶等 ， 种极端环境中起生物催化作用 ，它是极端微生物 在 75～100℃之间具有 良好的热稳定性 。同种嗜 在极其恶劣环境 中生存和繁衍 的基础 ，根据极端 热酶与嗜中温酶主要性质基本相 同，热稳定性不 酶所耐受 的环境条件不 同，可分为嗜热酶、嗜冷 同主要是分子 内部结构决定的，维持其 内部立体 酶、嗜盐酶、嗜碱酶、嗜酸酶 、嗜压酶 、耐有机溶剂 结构的化学键和物理键 ，特别是氢键 、二硫键 的存 酶、抗代谢物酶及耐重金属酶等 。依据其来源，极 在及数量与酶 的热稳定性有关 。一般认为 ，当这 端酶大致分为三种 ：从生活在非常规条件下的微 些键存在及数量增加时，酶的热稳定性增强 ；这些 生物如某些古细菌 中分离得到的酶 ；某些来源于 键断开 ，则酶的热稳定性 降低或丧失。分子量较 常规微生物中但也能在极端条件下起催化作用的 小的蛋 白质一般比分子量较大 的蛋 白质有更大 的 酶 ，如 目前倍受有机化学家青睐的在有机溶剂中 热稳定性。例如嗜热栖热菌 的3．磷酸甘油脱氢酶 催化反应 的酶 ：通过人工改 良方法或借助人工全 分子量就较小，利于热稳定。在芽孢形成过程 中， 合成技术制造出的具有新型催化活力的酶 以及 由 由于芽孢杆菌的醛缩酶分子 中有一部分与酶活性 新型的材料构成 的酶 。从极端微生物中可 以筛选 无多大关系的肽链被水解掉 ，从而使该酶 的热稳 人们所需要 的极端酶 ，在美 国、日本、德 国等地有 定性提高。嗜热酶分子的许多微妙结构很可能与 20多个研究课题组正活跃于寻找 嗜极菌及极端 热稳定性有关 ，例如稍长 的螺旋结构、三股链组成 酶。按常规的极端酶筛选方法 ：从极端环境 中采