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蛇毒中L-氨基酸氧化酶

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   2015-04-06 2600
核心提示:L-氨基酸氧化酶和蛇毒中其他酶不同,它不是水解酶,而是催化L-氨基酸脱氢的酶,其产物为相应的酮酸。绝大多数蛇毒都含有L-氨基酸氧化酶,而且活性很高。以亮氨酸 为底物时,有些蛇毒中的L-氨基酸氧化酶活性比哺乳动物高400倍。由于这种酶含辅基 FAD,所以呈黄色,蛇毒的黄色大都由此酶产生的。

(一)概述

L-氨基酸氧化酶和蛇毒中其他酶不同,它不是水解酶,而是催化L-氨基酸脱氢的酶,其产物为相应的酮酸。绝大多数蛇毒都含有L-氨基酸氧化酶,而且活性很高。以亮氨酸 为底物时,有些蛇毒中的L-氨基酸氧化酶活性比哺乳动物高400倍。由于这种酶含辅基 FAD,所以呈黄色,蛇毒的黄色大都由此酶产生的。白色蛇毒一般不含L-氨基酸氧化酶, 例如沙跬 和掠网澳蛇,蛇毒都无色,它们不含L-氨基酸氧化酶。也有例外情况,如我国的尖吻蝮蛇蛇毒虽为白色,但有这种酶。

L-氨基酸氧化酶的分布十分广泛,眼镜蛇科、蝰蛇科和响尾蛇科蛇毒大部分都含此 酶,眼镜蛇科蛇毒中这种酶的含量相对较少,响尾蛇毒中这种酶占总蛋白量的4%(W/ W)左右,海蛇毒中没有发现这种酶。

L-氨基酸氧化酶催化L-氨基酸生成-酮酸 蛇毒中的L-氨基酸氧化酶催化上述反应是在体系中有过氧化氢酶存在的情况下进 行的,当系统中没有过氧化氢酶时则按下式进行:

0

II

R— CH — C00H+H20+02 —»R— C —C00H+NH3+H202 (2)

I

nh2

反应分二步:第一步为L-氨基酸脱氢,生成中间体,脱下的氢转移到FAD上;第二步 是中间体和水反应自动产生a-酮酸,转移到FAD上的氢和氧结合产生过氧化氢。

FAD+R— CH — COOH —^[R— C —COOH]+FADH2 (1)

I II

nh2 nh

o

[R— C — COOH]+HzO —-R— C —COOH+NH3 (2)

II

NH

fadh2+o2 —-h2o2+fad

在没有过氧化氢酶时,生成的过氧化氢不能及时消除,很容易和《-酮酸作用而使其 被氧化,有过氧化氢酶时,过氧化氢被分解成水。

(二)分离和理化性质

对L-氨基酸氧化酶的纯化以及理化性质的研究较多。 对食 鱼竣Piscivorus)蛇毒中的L-氨基酸氧化酶进行了纯化 ,)对黄绿烙铁头 蛇毒L-氨基酸氧化酶进行了 纯化,并研究了它的物理化学性质。最早得到L-氨基酸氧化酶晶体的是Wellner和Meis- ter (1960),他们从东部菱斑响尾蛇 蛇毒中纯化出L-氨基酸氧化酶并获 得了晶体。

蛇毒中的L-氨基酸氧化酶有许多共同的性质,例如分子量在60 000〜140 000之间,多数都含FAD辅基等。下面以 蛇毒中分离的L-氨基酸氧化酶为例进行说明。

从 蛇毒中分离的L-氨基酸氧化酶由二个非共价结合的亚基组成,每个亚基分子量近70 000,整个分子的分子量在130 000左右,含有5%的糖。每个分子有两 个FAD辅基。该酶可以以晶体悬于水中,也可以以浓的溶液存在于0. lmol/LKCl或0. 1 MTriS-HCl(pH7. 2)缓冲液中。这些存在方式在0°C〜5°C条件下都能保存数月不会影响 活性,但冷冻干燥会使酶失活,最易失活的温度为一20℃,失活的比例依样品内pH和离 子强度而定。失活伴随着可见吸收光谱的改变,但不会引起聚合,也不会离解成亚单位,仍 然保留对抗体的反应能力。在大多数情况下,失活的酶可以通过在pH 5.0条件下加热而 使其活性恢复,对光的吸收也随之恢复正常,因此失活可能是由于酶构象有了较少的改变 引起,最有可能是FAD辅基变化引起。从沙蝰 蛇毒中分离的L-氨基酸氧

化酶也有这个性质(Kunh,1976);从蛇毒中分离的L-氨基酸氧化酶已制 成结晶,用几种物理方法测定为纯品,但用电泳或离子交换层析法能把它分成3种相同活 性的组分;从巴勒斯坦蝰蛇蛇毒中分离的L-氨基酸氧化酶也有相同的性 质。虽然这种现象的原因不十分清楚,但推测可能是因为不同亚基以不同方式结合形成3 种同工异构酶的原因。组成L-氨基酸氧化酶的2个亚基有相似的氨基酸顺序,但二者在 电泳速度和N-端氨基酸残基方面不同。组成L-氨基酸氧化酶时2个亚基的量也不同,一 个亚基大概是另一种亚基的2. 5倍。等电聚焦电泳可以把这种酶分成更多的组分,每种组 分都有酶的活性。为了解释这个问题,设想了几种可能性:一种设想认为异构现象是由于 分子中酰胺基因的数量和位置差异引起的,这种情况和众多的细胞色素C相似;另一种 设想认为是由于分子的含糖量不同引起的,这和引起核糖核酸酶异构现象相似;还有一种 设想认为是分子的构象不同引起的,这和线粒体中苹果酸脱氢酶的异构现象相似。总的来 说,L-氨基酸氧化酶是分子结构相差很小的同工酶的混合物,至于引起这种现象的原因还 有待于进一步研究。从眼镜王蛇毒中分离出来的L-氨基酸氧化酶与上述酶不同,由于该 酶是用层析法得到的,因而它不可能再被常规离子交换分成几个组分,但该酶在分子筛层 析中也表现出对称的蛋白峰,并与酶活力峰吻合。这个酶在高pH系统聚丙烯酰胺凝胶电 泳和平板梯度聚丙烯酰胺凝胶电泳中均表现为单条带,即使在等电聚焦电泳中也仅在 pH4. 1处表现出2条〜3条较细的带,而从C. 蛇毒中分离的L-氨基酸氧化

酶在等电聚焦电泳中竟表现出2条〜3条带或以上。显然这两个酶存在着较大的差异。眼 镜王蛇毒L-氨基酸氧化酶无论其凝胶电泳行为、分子量、亚基分子量均表现为单一组分, 仅在等电聚焦电泳时呈现分子电荷的微观不均一,这种不同是不同分离方法或是蛇种之 间的差异造成的。

Ueda等(1.988)从烙铁头(T. 蛇毒中分离纯化出一种L-氨基酸氧化酶,用凝胶过滤测定分子量为40 000,用SDS-PAGE测定分子量为70 000,这说明该酶 由两个相同的亚基组成。这种酶的等电点为5. 4,含有两个FMN辅基,它水解疏水氨基酸 速度较快,对碱性氨基酸的水解速度较慢。在PH7. 6条件下水解Leu的Km和V_„ait分别 为1. 17mmol/L和9. 9u/mg。酶的活性可以被重金属离子(Zn2+、Cd2+和Hg2+)和巯基修 饰剂(如KCN、PCMB和碘乙酰胺)抑制,这说明该酶中的活性部位有巯基存在。这种现象和从 蛇毒中分离的L-氨基酸氧化酶相似,该酶中含有4个自由巯基。

分子中含FMN的L-氨基酸氧化酶不多,哺乳动物组织中提取的酶含有这种辅基。在 蛇毒L-氨基酸氧化酶中,另一个含FMN辅基的是从 蛇毒中分 离的L-氨基酸氧化酶,有趣的是这两种蛇的亲缘关系较近。比较从V.  、C.和眼镜王蛇蛇毒中分离的L-氨基酸氧化酶的氨基酸组成可以发现,它们都含 有较多的酸性氨基酸。但也存在着较大的差别,例如眼镜王蛇蛇毒L-氨基酸氧化酶没有 色氨酸和甲硫氨酸,赖氨酸的量也多于精氨酸;对于C. 蛇毒中这种酶而言,

情况正相反。在氨基酸组成比例中,眼镜王蛇L-氨基酸氧化酶的酸性氨基酸含量也比响 尾蛇蛇毒的酶含量多,而碱性氨基酸的含量则比响尾蛇来源的酶低,这 一情况与眼镜王蛇蛇毒的L-氨基酸氧化酶等电点低于响尾蛇毒来源的酶是一致的。对于 L-氨基酸氧化酶的等电点而言,似乎没有什么规律可以遵循,例如从和T. //azwwW<afe蛇毒中分离的L-氨基酸氧化酶等电点分别为4. 9和8.4,相差很大。

从C. a心肌狀蛇毒中分离的L-氨基酸氧化酶的光谱吸收性质与条件有关,但大 致吸收峰变化不大。这个酶在275nm、390nm和462nm显示3个特征吸收峰。这个结果 和眼镜王蛇毒L-氨基酸氧化酶吸收光谱几乎相同,眼镜王蛇蛇毒的特征峰为276nm、 392nm和465nm。它们与FAD特征吸收峰265nm、375nm和450nm比较,表明这些L-氨 基酸氧化酶都含有FAD辅基,但FAD与蛋白质结合后,450nm、375nm和265nm的Xmax 向长波方向移动了近3nm。由于FAD在265nm吸收与蛋白质280nm吸收峰叠加,至使 L-氨基酸氧化酶在280nm处的消光系数远大于一般简单蛋白质,同时使酶紫外吸收 向短波方向移动2nm〜3nm。

 
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