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产过氧化氢酶重组芽孢杆菌的发酵优化文献综述

 2020-03-13 09:47:16  

文 献 综 述

1. 过氧化氢酶简介

过 氧 化 氢 酶 (Hydrogen peroxide oxidoreductase , 编号EC 1.11.1.6.) 又称触酶(Catalase),简称CAT,是广泛存在于动、植物以及微生物体内的一类末端氧化酶。生物在演化过程中逐步建立起其防御系统,CAT 就是关键酶之一[1]。CAT 的生物学功能是促使过氧化氢(H2O2)分解为分子氧和水从而防止机体的过氧化,使细胞免于遭到H2O2 的毒害[2]。分子态氧对生物体没有毒性,但当氧分子的电子分布发生改变时就会变成活性氧(包括H2O2、超氧自由基(O2#183;)、羟自由基(#183;OH)、单线态氧等)。H2O2与超氧自由基作用会产生羟自由基,羟自由基对生物体的损伤非常大,而大多数有机体内没有针对它的有效而直接的淬灭剂。CAT 在活性氧代谢中可催化H2O2分解为氧气和水,使H2O2不能与超氧化物自由基发生反应而生成羟自由基,因而保护了机体[3]

1(2).不同过氧化氢酶的来源

CAT 来源较丰富,大多数好氧生物和部分厌氧生物中均存在CAT。动物来源的CAT存在于其主要组织中,其中以肝与红细胞中最多,脑、骨骼肌以及心脏中最少。动物肝脏是CAT 的一个较大的来源,国内外都已经实现该工艺的工业化生产。此外,巴西的研究者还开发了从人类胎盘中提取医学用CAT 的技术。对于植物来源的CAT,研究主要集中在与保护植物抗氧化等机理有关的方面[4]。研究表明,大多数需氧微生物中存在CAT,少数好氧菌例如过氧化醋杆菌(Acetobacter peroxydas)等不存在CAT。除巨大脱硫弧菌(Desulfovibrio gigas)、谢氏丙酸杆菌(Propionibacterium shermanji)等外,大多数厌氧微生物中不存在CAT[6]

不同来源的CAT 在细胞中的存在位置不同。动物红细胞和肝脏中的CAT 主要积累在细胞质中,须破碎细胞才能提取到,酶的分离以及提纯等较复杂。酵母CAT 主要存在于胞内[7];一些丝状真菌的CAT 虽然主要分泌于胞外,但其分泌量较低,不能满足工业化生产要求[8]。细菌CAT 的热、碱等稳定性随来源不同而异,而且某些细菌(如孢杆菌)的胞外CAT 产量较高,利用此类细菌来生产CAT,在应用和产品提取等方面都具有较大优势[9]。此外,也有研究者通过构建工程菌来生产CAT[10]。目前已商业化的CAT

多以动、植物提取以及野生型微生物的发酵生产为主。

2. 过氧化氢酶的分类、性质及结构

Goldberg[11]等研究者将CAT 划分成:单功能、双功能以及锰过氧化氢酶[12]。大多数需氧生物可产生单功能CAT,这些CAT 具有高度相似的结构:四个有着相同多肽链的亚基构成酶分子,且每个亚基的活性位点均为铁卟啉形式的血红素辅基[13]

目前有250 种以上序列已知的单功能CAT,被分为三类。第一、三类酶亚基的分子量较小,约55~69 kDa,称作小亚基酶;第二类酶亚基的分子量较大,约75~84 kDa,

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