背景及概述[1-3]
丙氨酸脱氢酶LphenylalaninedehydrogenaseEC1.4.1.20简称PheDH是一种氧化还原酶类其正反应可在NAD存在的情况下催化L丙氨酸LPhe氧化脱氨基生成丙酮酸NADH和NH+4逆反应可催化丙酮酸NADH和NH4+合成相应的氨基酸。
丙氨酸脱氢酶这一催化特性使其已成为临床检测丙酮尿症phenylketonuria简称PKU患儿血液中丙氨酸含量的试剂用酶此外在合成手性化合物方面丙氨酸脱[1-3]氢酶除了可以催化丙酮酸与氨生成芳香族氨基酸外还可催化酮酸与氨生成相应的氨基酸丙氨酸脱氢酶因其具有巨大的商业价值和市场潜力而受到了广泛的关注。
丙氨酸脱氢酶的来源[3]
丙氨酸脱氢酶先是由德国学者Hummel等发现的1984年,Hummel等在研究生物体丙氨酸代谢时发现短杆菌sp.菌株Vll1细胞破碎后的粗提液中可测到一种能作用于芳香族氨基酸的脱氢酶即丙氨酸脱氢酶。
该酶催化反应是可逆的其正反应必需以L丙氨酸为底物NAD+为辅酶氧化脱氨基形成丙酮酸NADP+不能取代NAD+同样在其逆反应还原氨基化作用中除了丙酮酸外还需NADH和NH合成丙氨基酸NADH不能用NADPH取代L-谷氨酸不能取代氨作为丙氨酸的氨基供体这些都表明该酶是L丙氨酸脱氢酶EC1.4.1.20而与以往报道的以天门氨酸或谷氨酸为氨基供体的L-丙氨酸解氨酶phenylalanineammonialyase简称PALEC4.3.1.5不同。
之后一些学者陆续从另一些微生物中分离筛选到产PheDH的菌株现已报道的产PheDH的生物大多属于好氧的革兰氏阳性细菌或放线菌表1。通过基因工程构建的工程菌株也可以表达产生重组丙氨酸脱氢酶1987年Asano等将丙氨酸脱氢酶基因在大肠杆菌中克隆并表达获得了较高的表达量培养液中酶总活性和比活性分别可达6890UL和7.05Umg并且提纯的重组PheDH酶的性质与天然PheDH酶相类似。
微生物源丙氨酸脱氢酶的分子量 [2]
不同菌株来源的丙氨酸脱氢酶分子量差异很大大约在42340kD已报道的微生物源丙氨酸脱氢酶呈现为不同亚基数的同工酶根据丙氨酸脱氢酶亚基数的不同可将其分为单体二聚体六聚体和八聚体丙氨酸脱氢酶四种类型表2四种类型丙氨酸脱氢酶的分子量虽各不相同但它们亚基的分子量却很相近大约在3642kD之间。
丙氨酸脱氢酶的热稳定性[1]
酶的热稳定性往往决定着其应用范围现已获得的丙氨酸脱氢酶热稳定性差异较大来自的丙氨酸脱氢酶在55处理10min仅保持50%的活性而来自的丙氨酸脱氢酶在70处理1h仍能保持100%的活性Villalonga等13对来源于的丙氨酸脱氢酶进行改造使其热稳定性和适反应温度比原来丙氨酸脱氢酶的分别提高了8和10这为得到更高热稳定性的丙氨酸脱氢酶及其商业化应用打下了基础。
丙氨酸脱氢酶的应用[1]
丙酮尿症phenylketonuria简称PKU是一种常染色体隐性遗传性疾病是国内外新生儿筛查的重点病种其临床上表现为血液中丙氨酸浓度异常增高丙酮尿症若能及时得到诊断及治疗是完全可以避免患儿智力受损的早期临床上新生儿PKU筛查较为常用的方法是细菌抑制测定法。
但是该方法仅为半定量实验不能准确测定血液中丙氨酸的含量20世纪90年代Wendel等描述了应用丙氨酸脱氢酶来检测血浆中丙氨酸含量的方法发展为微滴定板检测1819并在此基础上生产了商业的丙酮尿症筛查工具Quantase20Schulze等人在6年时间里使用Quantase对423773新生儿进行了筛查工作结果该工具筛查丙酮尿的假阳性为0.23%没有假阴性说明该筛查工具完全符合临床医学检测要求。
问题和展望[3]
丙氨酸脱氢酶的应用范围越来越广 而其酶源却较为有限 并且产酶菌株存在着产量低 酶的热稳定性不佳等问题 因此 利用微生物资源多样性筛选更多优良产酶菌株仍然是开发 应用丙氨酸脱氢酶的前提。
利用分子进化定点突变基因工程等手段来获得具有更佳性能的酶是酶这一生物大分子发展的方向丙氨酸脱氢酶在产酶菌株的筛选和分子进化等方面的研究在国内尚属起步阶段因此无论是野生型菌株的筛选还是从现有报道的菌株出发建立突变体库或者利用蛋白质定向进化手段构建基因工程菌得到产具有优良特性的丙氨酸脱氢酶菌株对丙氨酸脱氢酶在我国临床检测和工业中的应用摆脱对国外进口丙氨酸脱氢酶的依赖有着极大意义。
参考文献
[1] 何广正，徐书景，鞠建松．丙氨酸脱氢酶催化机理研究[C]//第十一届中国酶工程学术研讨会论文摘要集．中国湖北武汉，2017：1．
[2] 何广正，徐书景，马宁，等．丙氨酸脱氢酶研究概况[J]．生物技术通报，2011（12）：27-32．
[3] 徐晓红，王维，贾小明，等．微生物源丙氨酸脱氢酶的研究进展[J]．科技通报，2009，25（03）：276-281+35．
