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1、!“ 卷# 期 “$“ 年 %$ 月微生物学报 !“#$ %*0 ?7 ,7? /4A， 揭示了酶促反应速率与温度之间的关系。= 是速率常数： , 是指数因子， 与位阻因素和温度依赖的分子碰撞频率相关； /4 是活化能： 是气体常数 （(B“!=CDEFG） ； A 是绝对温度。从方程可以看出， 温度降低导致酶促反应速率呈指数下降。同时在低温条件下， 培养基的粘度增加使分子扩散运动减弱， 导致酶促反应速率进一步降低。因此低温使酶促反应难以进行。然而， 低温酶却能在低温条件下有效发挥催化作用， 其冷适应机制成为研究热点。“#!冷适应机制的研究方法目前研究低温酶冷适应机制的方法主要有三种。首先是比
2、较来源于不同有机体的同功酶之间的差异， 分析低温酶冷适应的结构基础。参与比较的有机体在系统进化上应有显著差异， 生存在不同的环境温度中 （如来源于极端嗜热古菌， 中温菌， 以及南极细菌的柠檬酸合成酸）-%。其次是应用随机突变的方法： 在酶基因中引入突变， 筛选使酶的作用温度改变的突变， 鉴定突变， 考察由于突变导致的酶结构和功能变化， 确定与冷适应相关的氨基酸残基-， #8个。精氨酸通过盐桥， 离子相互作用增加酶分子的稳定性， 而脯氨酸可降低蛋白质的折叠自由能保持分子稳定。表面看起来， 低温 ) 应比其对应的中温酶要更稳定。事实上它是高度热不稳定的。这种现象表明， 低温酶还有其它未知的冷适应机
3、制。!“#低温酶的稳定性、 柔韧性和活性酶的活性是指酶的催化能力， 可以用 !?-4或 !?-4!3定量。稳定性 （)4-*/A/4B） 是指酶在不同条件下保持酶活的能力。与酶的活性， 稳定性相比， 酶的柔韧性 （CA+D/*/A/4B） 要复杂的多。蛋白质在天然状态下， 有多种不同构象， 呈玻耳兹曼分布 （$EA4F3-00 G/)4(/*H4/E0） ， 其中天然构象占主导地位。不同构象间可相互转化。这种构家间的转化即是柔韧性。柔韧性使构象异构体数量增加。同时与酶的催化功能相关： 它降低了酶与底物结合的诱导楔合 （/0GH?+GIC/4） 过程中的能量消耗： 使别构调控 （-AAE)4+(
4、/? (+,HA-4/E0） 易于实现。柔韧性可定义为静态柔韧性和动态柔韧性二种。静态柔韧性 （)4-4/? CA+D/*/A/4B） 是指不同构象间的平衡状态。它不考虑构象间相互转化所需克服的能障， 属于平衡常数。动态柔韧性 （GB0-3/? CA+D/*/A/4B） 是指酶的不同构象间相互转化的速度， 是天然构象和它的不同构象间转化所需克服能障的量度， 是速度常数。有关数据表明， 低温酶低温条件下高酶活几乎总是与其热不稳定性相关。一般来说， 高温酶在室温下催化效率很低， 这是因为酶在室温下的紧密构象阻碍了酶分子与底物之间的相互作用。相反， 具有高柔韧性或可塑性的低温酶分子可以消耗较低的能量
5、与底物有效结合。但正是低温酶的柔韧性导致其热不稳定。由于酶分子的柔韧性很难定量， 使这种解释缺乏足够的实验数据。J-.EG)KB 等5#利用红外线光谱技术检测氢和重氢的相互交换， 测定二种 5I异丙基苹果酸脱氢酶的相对柔韧性 （分别米自中温菌和高温菌） 。结果发现： 虽然中温酶和高温酶在各自的环境温度下具有相似的柔韧性， 但是在室温下高温酶比中温酶的分子构象更为紧密， 而这种构象阻碍了与底物的结合， 使酶活下降。高的柔韧性被认为是低温酶的主要结构特征。在柠檬酸合成酶的研究中， 引入了平均温度因子或$ 因子的概念 （-.+(-,+ 4+3L+(-4H(+ C-?4E()） ， 来定量描述酶的柔韧
6、性。$ 因子描述蛋白质结晶点阵中的无序状态58， 与酶的柔韧性呈正相关。研究发现， 来源于南极细菌的低温柠檬酸合成酶的 $ 因子比来源于嗜热菌的柠檬酸合成酶要低。理论上， 这意味着嗜热酶要比低温酶具有更大的柔韧性。但通过计算发现， 低温酶的小结构域比嗜热酶的大结构域具有更强的柔韧性。酶的催化是由小结构域的相互运动引发的， 因此正是这二种结构域柔韧性上的差异导致低温酶能在低温条件下有效行使催化功能。最近，8“;微生物学报“8 卷发现低温麦芽糖脱氢酶 （!“#） 的三维结构$%（。环境温度季节性大范围的变化， 降低了微生物分解有机污染物的效率。低温酶能在低温或中温下有效发挥催化作用，所以低温菌是生
7、物治理的理想材料。例如多元醇的低温降解已用于飞机跑道附近污染土壤的治理。低水活条件下的生物催化： 商业合成的脂肪酸脂、 多肽、 寡聚糖衍生物和其它一些化合物水溶性较差。这一问题可以通过使用低温酶在低水活条件下的生物催化作用来解决， 因为低温酶具有更强的柔韧性， 在低水活条件下易与底物结合。参考文献 $ !4385 ? , !“#$%34: 4# 5?5), ， A.45B, C， D A7 ( )*+$ 8-!.， !888， !$“： !E9! ， Y?.), D， C0/04$ R7 433$ %05*+0 6*,+7*+$， !88:， %“ （E） ： “8E ， W$%$ ， X*/5X) I， 0T$) R7 %9“!.+3-*$!2， EFFF， “： != #“$ 4,#= ?,*， !88:， *： 9“F; 9“!7JE I544$% I 6 C7 ?“!7JJ #$%$， !888， (!J “;!87J“ ,/,4 N G， ,$Z$E;JF“EE邮编： !FFF:FS /.,%： B$4B45+7,/7.X7X+.X1./,X微生物学报“E 卷
