嗜热酶的特性及其应用

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1、!"卷"期微生物学报$%&’!",%’""##"年!月!"#$%&"’()&(*(+&"$,&-&"$()*+&"##"!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!嗜热酶的特性及其应用王柏婧冯雁王师钰孔祥菊曹淑桂（吉林大学分子酶学工程教育部重点实验室长春-2##"2）!"#$#%&’$()&(%)#*+,--.(%#&(/*/01"’$2/-"(.(%3*452’)A689B6+;+89C>89D68A689EF+GHI%89J+689;HK6%EFH9H+（!

2、"#$%&’(%)’(#*’(+’,"-.,%(/01#2’,’3#%04/0350""(503’*+5056)(#’*/4.-%)5’0，75,508059"(65)#，:;%03-;.0-2##"2，:;50%）关键词：嗜热酶，热稳定性，工业应用中图分类号：L1-!文献标识码：(文章编号：###-4="#.（"##"）#"4#"@.4#!海洋微生物作为一类生长在特殊极端环境下的生物正日益引起人们的重视。其中嗜热微生物由于［-］能在高温温泉及火山口附近的高热环境下生长而引起人们的极大关注。同时，人们也从许多人工高热环境

3、（如堆肥）中分离得到这种嗜热菌。近年来，人们从这些嗜热菌中已分离得到多种嗜热酶（@@MN［"］1#M）及超级嗜热酶（1#MN--2M）。嗜热酶不仅具有化学催化剂无法比拟的优点，如催化效率高和底［2］物专一性强，而且酶在高温条件下的稳定性极好。因而它可以克服中温酶（"#MN@@M）及低温酶（0"MN"#M）在应用过程中常常出现的生物学性质不稳定的现象，从而使很多高温化学反应过程得以实现，这将极大地促进生物技术产业的发展，从而带动技术水平和生活质量的提高。目前，对嗜热酶的研究还处于初期阶段，但对酶的嗜热性机制、稳定性机制及应

4、用前景已有一些文献报道。本文主要对嗜热酶的性质及应用潜力作一介绍。6嗜热酶的获得676利用生物多样性和基因工程技术进行筛选从高温温泉、火山口、沙漠以及许多人工环境如热水管道等特殊高热环境中，都能够分离得到嗜热菌。由于科学技术的进步，科学家们甚至能够从海底数千米的火山口热流中分离得到超级嗜热性古细［!，@］菌，从而使人们对嗜热酶的认识进一步深入。嗜热菌产生的嗜热酶大多数在高温条件下依然能保持很高的催化活性，尤其是胞外酶。因而，嗜热菌依然是目前获得嗜热酶最直接和最可靠的来源。然而，大多数嗜热菌生长速度较慢，培养条件严格，因此

5、通过培养野生菌来获得大量嗜热酶极其困难。随着基因工程技术的发展，人们可以把嗜热菌中的目的基因在中温宿主中表达，这样就能在温和的培养条件下得到大量的嗜热酶。目前，一些从嗜热菌中获得的基因已在大肠杆菌等中温宿主中得到了［=］成功的表达。［/N.］随着O,(测序技术的提高，许多嗜热菌的基因组已经被解析。通过与嗜中温菌的已知基因序列对比，已推测得到许多酶蛋白基因序列，但酶的特性还需要在基因表达后得到进一步的表征。在古细作者简介：王柏婧，（-./!0），女，博士研究生；研究方向：嗜热菌蛋白酶的研究。联系电话：1.""22-02/"

6、"3456+&：7689:6+;+89-./!<"=2’8>?收稿日期："##-4#=4-@，修回日期："##-4#.4-#7D"微生物学报!7卷菌基因组中，还有大约!"#的未知功能基因，对这些基因所表征蛋白的研究和开发，将为工业过程提供新的丰富的酶资源。!"#应用定向分子进化技术进行筛选定向分子进化技术的发展为我们获得新型酶提供了新的途径。定向进化始于某一基因的克隆，后经体外诱变和重组产生大量的突变体。在中温宿主中表达后，再筛选得到在高温条件下有催化活力的［$"］突变体。利用这种方法已得到了热稳定性很高的对硝基苯甲酰酯

7、酶。另外，利用杂合酶（%&’()*+,-&.+）技术或/01改组（/012%3445),6）技术，把来自相关基因的片段任意重组，从而产生新的基因库，也有希望获得一些新型嗜热酶，这些都为现代酶工程技术展现了新前景。#嗜热酶的结构特征嗜热酶的特殊生物学性质是由其结构决定的。为了研究嗜热酶的热稳定性，通常采用以下方法来分析酶结构与稳定性的关系（：$）嗜热酶与嗜中温酶氨基酸序列及空间结构的对比分析；（7）对温度敏感突变体的选择（；8）对酶蛋白核心及外周氨基酸残基的定点突变（；!）结构域之间连接多肽的修饰；（9）诱变或溶剂微扰引起

8、的亚基间相互作用的改变。但从目前研究的一些嗜热酶结构来看，没有一个共同的规律来解释酶蛋白对热环境的适应，每一种酶的热适应机制都不相同。当把具有相同催化活性的嗜热酶与嗜中温酶的氨基酸序列进行对比，可以看到由于一级结构中个别氨基酸的改变，引起酶蛋白高级结构的变化，结果导致其稳定性发生变化。例如：通过对来自!"#$%%&’