单位文秘网 2021-07-08 08:16:19 点击: 次
【摘要】脱氢酶(dehydrogenase是一类催化物质氧化还原反应的酶,是已知酶中种类最多的一类,具有极其重要的生理学意义。本文介绍了其基本的相关概念,并对其制备、纯化、活性检测方法及在药物筛选中的应用进行了总结,以便为其进一步研究提供参考。
【关键词】脱氢酶:制备:纯化:活性检测:药物筛选
doi:10.3969j.issn.1004-7484(x.2013.10.654文章编号:1004-7484(2013-10-6104-02
生物体内的化学反应称为新陈代谢,简称代谢。生命的特征之一是不断地进行新陈代谢,包括物质代谢和能量代谢。虽然生物体内的代谢条件十分温和,但所有代谢都进行得极为顺利和迅速,因为它们几乎都是在生物催化剂(biocatalyst的催化作用下进行的。迄今为止,人们已经发现了两类生物催化剂:酶与核酶。酶(enzyme是由活细胞合成的、具有催化作用的蛋白质。核酶(ribozyme是由活细胞合成的、具有催化作用的核酸。
根据酶促反应的性质可将酶分为六大类:氧化还原酶类、转移酶类、水解酶类、裂解酶类、异构酶类和合成酶类。其中,氧化还原酶类是催化氧化还原反应的酶,又可分为氧化酶和脱氢酶两类。[1]脱氢酶类即需要辅酶Ⅰ(NA+或辅酶Ⅱ(NAP+作为受氢体,催化底物氢化脱氢反应的酶。
AH2+NA(P+A+NA(PH+H+
脱氢酶(dehydrogenase是广泛存在于生物体内的一类代谢关键酶,在生物体内的氧化产能、解毒等生理活动中[1]起重要作用,是已知酶中种类最多的一类。如糖代谢过程中的3-磷酸甘油醛脱氢酶、乳酸脱氢酶(糖酵解途径[2],丙酮酸脱氢酶、二氢硫辛酸脱氢酶、异柠檬酸脱氢酶、α-酮戊二酸脱氢酶、琥珀酸脱氢酶、苹果酸脱氢酶(有氧氧化途径,6-磷酸葡萄糖脱氢酶(磷酸戊糖途径等;脂肪代谢过程中的3-磷酸甘油脱氢酶、脂酰CoA脱氢酶、β-羟脂酰CoA脱氢酶、β-羟丁酸脱氢酶等;氨基酸代谢过程中的L-谷氨酸脱氢酶以及酒精代谢过程中的乙醇脱氢酶、乙醛脱氢酶等。[1]目前,国内外不少学者对其进行了相关研究,本文将对其制备纯化、活性检测方法及在药物筛选中的应用进行介绍。
1脱氢酶的制备纯化
现在采用的纯化方法都是以脱氢酶与杂蛋白在理化性质和稳定性上的差别以及脱氢酶的生物学特性为依据。[3]①溶解度不同:有机溶剂沉淀法、盐析法、共沉淀法、选择性沉淀法、等电点沉淀法及双水相分离法。②根据酶和底物、辅助因子以及抑制剂间具有专一亲和作用特点的亲和分离法等。③根据电学性质、解离性质:吸附层析法、离子交换层析法、电泳法及聚焦层析法等。④根据分子大小的差别:凝胶过滤层析法、超滤法及超离心法等。⑤按稳定性不同:酸碱变性、法热变性法、表面活性剂变性法等。通常先运用非特异、低分辨率的操作单元,如沉淀、超滤和吸附等,这一阶段的主要目的是尽快缩小样品体积,提高产物浓度,除去最主要的杂质;然后是高分辨率的操作单元,如具有高效选择性的离子交换色谱和亲和层析,而将凝胶过滤层析这类分离规模小、分离速度慢的单元放在最后。
武爱民等[4]采用弱阴离子树脂EAE-52和蓝色琼脂糖凝胶FF层析对枯草芽孢杆菌产生的胞外二氢硫辛酰胺脱氢酶的粗酶液进行2步纯化,得到电泳纯的二氢硫辛酰胺脱氢酶,纯化倍数为59.7,收率为46.9%。
夏玉凤等[5]以玉米黄化苗为生物材料,将其捣碎后,通过差速离心获得线粒体,使用超声波将其破碎,用2%TritonX-100溶膜,超速离心,硫酸铵沉淀,EAE-C32层析纯化琥珀酸脱氢酶,纯化倍数为12倍。电泳图谱显示一条带。
李洪山等[6]采用差速离心法、硫酸铵分级沉淀,EAE纤维素和半琼脂糖柱层析方法,从早生植物梭梭体内分离出纯化104倍的苹果酸脱氢酶。龚韧等[7]以猪心肌为原料,采用组织破碎、二度硫酸铵盐析、EAE Sepharose F.F.离子交换层析、Phenyl Sepharose 6F.F.疏水层析及Sephadex G-75 Fine凝胶过滤等方法进行分离纯化,苹果酸脱氢酶比酶活达1212.97Umg,纯化倍数达122.64倍,酶活力收率为53.64%。
asayoshi T[8]等用含1%Triton X-100的缓冲液从F.saccharophilum的膜蛋白提取,先用阴离子交换柱EAE-Sephrose CL-6B和阳离子交换柱C-Sephrose CL-6B分离,再用Sephacryl S-300凝胶过滤层析,得到了纯化倍数为277的纯葡萄糖3-脱氢酶,收率达到32%。
6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶(6-PGAase在自然界中分布很广,据文献报道,已从植物、哺乳动物肝脏等中纯化出6-PGAase[9]。莫宏春等[10]将枯草芽孢杆菌通过超声破壁,(NH42SO4分段盐析,EAE-Sepharose FF离子交换层析,Blue-Sepharose CL-6B亲和层析,Sephadex G-200凝胶过滤等纯化步骤,分离出6-磷酸葡萄糖脱氢酶。
谷氨酸脱氢酶(glutamate dehydrogenase,GH是生物体内谷氨酸生物合成的一种重要酶,自20世纪60年代以来已经有不同来源的GH得到分离纯化和研究。[11]朱鸿等[12]以鸭肝为原料,采用丙酮脱脂、重金属离子沉淀、硫酸铵分级沉淀、EAE-Sepharose离子交换层析和Sephacryl S-200凝胶层析方法,分离纯化得到谷氨酸脱氢酶。
乙醇脱氢酶(AH能够催化乙醇氧化生成乙醛。.C.adhusudhan等[13]采用硫酸铵及双水相法共同沉淀蛋白质来纯化AH。N.A.Willoughby等[14]采用膨胀床金属亲和层析来纯化AH。Chuanul hidayat等[15]使用染料—亚氨基二酸做配体,纯化AH。
2脱氢酶的活性检测
脱氢酶由活的生物体所产生,是一种氧化还原酶,在生物细胞内催化有机物氧化脱氢,并将其传递给最终受氢体。它能够催化氢从被氧化的物体(基质AH上转移到另一个物体(受氢体B上:AH+B→A+BH,即酶促有机物质脱氢的作用。因此,脱氢酶活性可以通过加入人工受氢体,采用分光光度法、荧光法、同位素法和电化学法等测定方法进行检测。
通常用于检测脱氢酶活性的人工受氢体包括TTC(2,3,5-氯化三苯基四氮唑[16]、刃天青[17]以及INT(碘硝基四唑紫[18]等,其中研究和应用最广的是TTC。
姚莉丽等[19]采用可见分光光度法(利用2,4-二硝基苯肼和丙酮酸作用,生成丙酮酸二硝基苯腙,在碱性溶液中呈棕色,最大吸收波长为520nm检测了乳酸脱氢酶的活性。
陈立华等[20]采用紫外分光光度法测定了红细胞葡萄糖-6-磷酸脱氢酶活性。紫外分光光度法测定G-6-P酶活性,采用测定NAPH生成量的吸光度变化量来反映酶活性高低,是一种酶活性的动力学检测方法,故可对G-6-P活性定量测定。
曹伟峰等[21]用定量荧光法检测新生儿筛查滤纸干血斑标本葡萄糖-6-磷酸脱氢酶G6P活性。
陈丽丽等[22]应用PCR技术扩增出了纳豆芽孢杆菌谷氨酸脱氢酶编码基因,构建表达载体对其进行体外表达,并采用分光光度法对表达的蛋白谷氨酸脱氢酶酶活性进行了分析。
3脱氢酶在药物筛选中的应用
在当代药物开发过程中,发现和选择合适的药物靶点是药物开的第一步,也是药物筛选及药物定向合成的关键因素之一。[23]而酶是一类重要的药物靶点。
随着细胞及分子生物学的发展,新技术方法越来越多地用于新靶点建立和药物筛选研究,高通量筛选是20世纪80年代后期形成的寻找新药的高新技术,是以药物作用靶点为主要对象的细胞和分子水平的筛选模型,作为一种高度集成化的分析方式,芯片技术在药物的高通量筛选中具有巨大的优势,如酶芯片,其理论基础之一便是对酶活性的影响,如在以酶抑制剂为筛选目标筛选时,可采用酶活性作为指标,说明药物的作用,[24]可将酶芯片应用于酶抑制作用的筛选。
脱氢酶作为种类最多的一类代谢关键酶,虽然其在药物筛选方面仍处于起步阶段,但随着各种脱氢酶与疾病密切关系的阐明,在不远的未来,其一定会成为药物发现中的重要武器。
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