从酶的专一性看植酸酶与酸性磷酸酶的关系

1、从酶的专一性看植酸酶与酸性磷酸酶的关系摘 要:迄今为止的资料表明,大多数植酸酶与酸性磷酸酶的关系密切。通过测定Km,即可判断只有以植酸(盐)为最适底物的酶(包括酸性磷酸酶)才是严格意义上的植酸酶。关键词:酶的专一性;植酸酶;酸性磷酸酶Discussion on relationship between phytase and acid phosphatase by specificity of enzymeAbstracts:It is proved that the close relationship between phytase and acid phosphatase. By det

2、ection ofKm of the enzymes, thephytase can be distinguished strictly from the enzymes ( including acid phosphatase) using phytic acid or salts ofphytic acid as the op-timum substrate only.Keywords:specificity of enzyme; phytase; acid phosphatase迄今为止,除了从极个别生物中发现了中性植酸酶1-2和碱性植酸酶3外,因生产需要而发现的其余的植酸酶均为在酸性条

3、件下起作用的植酸酶,而且主要是微生物来源的植酸酶3-4。目前,世界公认的植酸酶主要是3-植酸酶(EC.3111318)和6-植酸酶(EC. 31113126)。真菌和大多数细菌的植酸酶属于3-植酸酶,而大肠杆菌的属于6-植酸酶。这两种植酸酶降解六磷酸肌醇的方式不同5。从目前的情况看,微生物来源的植酸酶的最适pH值范围较宽,一般在pH值215610之间3。随着研究的深入,不同的学者发现,有的植酸酶具有酸性磷酸酶活性,有的酸性磷酸酶具有植酸酶活性,有的则说植酸酶是一类特殊的酸性磷酸酶6。但是前人已经较广泛地研究了酸性磷酸酶,它在酶表中的位置编号是EC31113127,我们可以看出它显然与植酸酶是有

4、所不同的!那么,在这些意见中哪个更加妥当?在这里如何准确判断一种酶是叫植酸酶还是酸性磷酸酶为宜呢?1测定Km可以帮助判断一个酶是植酸酶还是酸性磷酸酶生化基础理论告诉我们8,酶的催化作用显出高度专一性。当酶只能催化一种底物发生一定的反应时,显出绝对专一性,而当酶催化某一类物质发生一定的反应时,则显出相对专一性。在这里酶对其底物及所催化的反应性质或类型都是有所要求的。当酶有若干种物质可作为其底物时,酶对它们的亲和力一般是有所不同的。这时可在一定反应条件下测定酶在分别催化这些底物反应时的Km,确定Km最小的物质为其天然底物或最适底物。一般讲,酶的命名以其最适底物来命名是最为妥当的。我们来分析一下植酸

5、酶的研究过程中的几个例子。69第27卷第3期2010年6月生物学杂志JOURNALOF BIOLOGYVol127 No13Jun, 2010日本的Nagai和Funahash9于1962年报道在麦麸中发现纯化了的植酸酶。在其文章所列数据中,以肌醇六磷酸(即植酸)为基准,测得该植酸酶对不同底物的相对活性的大小顺序为焦磷酸(460%,注,指相对活性,下同)>ATP(350% )>酚基磷酸(250% )>ADP(220% )>果糖二磷酸(130% )>肌醇六磷酸(100% )>NADP+(90% )=A-磷酸甘油(90% )>B-磷酸甘油(65% )>

6、;6-磷酸葡萄糖(50% )>AMP(40% ),至于以二酚基磷酸、NAD+、酵母RNA、1-磷酸葡萄糖为底物时,则根本未测出活性。在文中该酶以焦磷酸、B-磷酸甘油、酚基磷酸及植酸为底物所测Km中,植酸的的确最小,但作者并未报道酶对以上其它底物的Km,因而该酶难以称得上是真正意义上的植酸酶。可能因为这个原因,Nagai和Funahash本人也于文中承认该酶不是一个对植酸特异性的植酸酶。而李明刚等10在研究所纯化的番茄植酸酶时,比较了该酶分别作用于植酸钠、P1-对硝基苯酚磷酸、果糖-6-磷酸、ATP、焦磷酸、2-甘油磷酸时的Km,表明该酶作用于植酸钠时的Km最小。因而称该酶为植酸酶就要严谨

7、一些,尽管它对上述其它物质也同样存在一定的催化作用。可见,通过Km的测定,可以弄清楚一个酶是一个以植酸(盐)作为最适底物的植酸酶,还是一个只对植酸(盐)有一定作用的广谱的酸性磷酸酶。2除极少数情况外,植酸酶往往与酸性磷酸酶关系密切研究表明,许多植酸酶属于组氨酸酸性磷酸酶家族。Maugenest等11从玉米中分离得到的6-植酸酶基因后,发现其氨基酸序列含有RHGXRXP(X为任意氨基酸)。Ehrilic等12从Aspergillus niger (funigatus)中分离得到的phyB基因序列中含有编码RHGXRXP的区域。Hartingsveldt等从Aspergillus (ficuum)

8、 Alko243中分离得到phyA基因,其氨基酸序列含有RHGXRXP。Pasamontes等从A. funigatus分离得到phyA基因,其氨基酸序列含有RHGXRXP。Berka等15从thermomyceslanuginosus中分离到phyA基因,其氨基酸序列含有RH-GXRXP。Mitchell等从Myceliophthora thermophila中分离得到phyA,其氨基酸序列也含有RHGXRXP。此RH-GXRXP序列是组氨酸酸性磷酸酶的特有序列。但是Kerovuo等1在细菌中克隆的植酸酶基因表明,它不属于组氨酸酸性磷酸酶家族。这说明这些植酸酶多属于酸性磷酸酶家族(尤其是组氨

9、酸酸性磷酸酶家族)。此外,Zamudio等人的工作表明,Lactobacillus plan-tarum中的非特异性酸性磷酸酶也可表现出一定的植酸酶活性,姚斌的论文中也有一些例子。Dassa等人在大肠杆菌中克隆了编码酸性磷酸酶的基因appA,发现该基因与编码葡萄糖-1-磷酸酶的基因同源性较大。而Golovan等则在大肠杆菌中表达了appA基因,并证实编码的酶不仅表现出酸性磷酸酶活性而且表现出植酸酶活性。这些情况表明,植酸酶和酸性磷酸酶的关系是十分密切的。大多数的植酸酶属于酸性磷酸酶的家族成员,也有的是酸性磷酸酶显示出可以催化水解植酸盐的能力。按照前述理论知识可知,一个酶只有在其最适底物是植酸(

10、盐)的情况下才适宜被称为植酸酶。因此,在实际工作中我们应当分析判断所研究的具有降解植酸(盐)功能的酶是最适底物为植酸(盐)的酸性磷酸酶(即严格意义上的植酸酶),还是最适底物并非植酸(盐)的酸性磷酸酶(即非严格意义上的植酸酶),而这就要靠测定Km来实现。3生物体内对植酸的彻底降解似应由包括植酸酶在内的酸性磷酸酶群(或组)的协同作用来完成以往的资料认为,植酸酶催化水解植酸发生水解的终产物为肌醇和无机磷酸或大部分为单磷酸肌醇和无机磷酸。但是程海娜等的综述表明,不同来源的植酸酶降解植酸产生的最终产物并无肌醇出现,而只有诸如肌醇-2-磷酸,肌醇-1, 2, 3-三磷酸或肌醇-1, 3, 5-三磷酸出现。

11、这就意味着,若要将植酸彻底降解为肌醇和磷酸,必定还必须有新的植酸酶出现,或是依靠已有或未知的一些酸性磷酸酶的作用。也许正是因为这个原因,有的学者认为植酸酶除了3-植酸酶和6-植酸酶外,还应包括一种非特异性的正磷酸盐单酯磷酸水解酶。也就是说,生物体内对植酸的彻底降解似应由包括植酸酶在内的酸性磷酸酶群(或组)的相同作用来完成。笔者认为,既然从前面的分析可以看到植酸酶和酸性磷酸酶的关系如此密切,那么在实际工作中无论是发现新的植酸酶,亦或是发掘现有的或未知的酸性磷酸酶的降解植酸的作用,对理论研究与生产应用都是有着重要意义的。具有酸性磷酸酶活性的植酸酶和具有植酸酶活性的酸性磷酸酶都应重视。参考文献:1K

12、erovuo J,LauraeusM,Nurminen P,et a.l Isolation,characteriza-tion,molecular gene cloning and sequencing of a novel phytase fromBacillus subtilisJ. Appl EnviromentMicrobiol,1998,64(6):2079-2085.(下转100页)70第27卷第3期2010年6月生物学杂志JOURNALOF BIOLOGYVol127 No13Jun, 2010习的积极性,顺利实施实习计划,提高实习质量,我们对野外实习考核进行了改革,建立实习成

13、绩评价指标体系,综合评价学生素质,并将野外实习作为1门课程成绩计入总学分。成绩评价体系由3个方面构成: (1)平时成绩。包括遵守纪律情况、实习过程中野外和室内工作表现,小组成员之间团结协作表现、实习预习报告和实习手册完成情况等,由全体带队教师分别给分取平均值,权重为30%。(2)专业技能水平。包括学生掌握野外实习基本技能的水平、标本采集和制作水平、使用实习仪器的熟练程度和撰写实习报告的水平等,由至少两位相关教师给课题小组打分,取平均值记为小组成员的成绩,权重为40%。(3)考试成绩。实习结束组织学生笔试或口试,考试内容包括基本理论、种类识别、野外生存常识和运用所学知识解决实际问题的能力等,权重

14、为30%。通过建立实习成绩评价指标体系和制定评价标准,并进行量化管理,可更好地促进学生完成培养能力,掌握知识和提高综合素质的实习要求。3 小结311 实施植物学野外实习教学改革的条件我校植物学野外实习改革模式是基于师范院校的教学目标、学校面临的问题与困难而提出,经过数年的实践,取得了较好的教学效果。要实现此种模式的改革,需要有一定的前提条件,一是校园附近有丰富的物种和不同类型的典型植被。二是交通便利。如我校与寸金公园仅一墙之隔,红树林、野生荔枝林以及南亚热带植物园也在2050公里范围内,车程短,既节约时间又缓解了经费不足的问题。三是学生应有一定数量的参考书和实习工具,便于自学。四是教师要有较高

15、的野外实习教学工作素质,对当地的植被及植物种类充分了解,能够为学生提供细致的辅导。312 实施植物学野外实习教学改革需注意的问题植物野外实习教学改革的目的是要提高师范生的自学能力、独立工作能力和创新思维能力等综合素质,因此,整个实习要重过程轻结果,因为知识需要积累和沉淀,短短2周的实习时间不可能要求学生做到十全十美。例如我们在指导学生对天然植被进行调查时,物种数较少的红树林就进行全面调查,而群落结构复杂的季雨林只进行样方调查等。参考文献:1魏学智.植物学野外实习指导M.北京:科学出版社,2008,1-2.2马纯艳,卜 军,付 亮,等.植物学野外实习的模式探索J.沈阳师范大学学报(自然科学版),

16、2007,25(2):286-288.3陈 忠.师范院校生物教育实习现状调查与思考J.生物学杂志,2005,22(3):54-56.4晃 志.药用植物学野外实习基地的选择J.山西医科大学学报(基础医学教育版),2006, (3):271-273.5吾玛尔#阿布力孜,吴 旭.动物生物学实践教学改进的探讨J.生物学杂志,2005,22(6):52-54.6蒋功成,潘正军.提倡一种生物学野外实习的新方式J.生物学通报,2004,39(2):26-27.7陈模舜,李钧敏.植物学野外实习教学改革实践与探讨J.生物学杂志,2003,20(3):43-45.(上接70页)2王亚茹,姚 斌,曾虹,等.枯草芽孢

17、杆菌中性植酸酶的纯化和酶学性质J.微生物学报,2001,41(2):198-203.3刘 梅,王林云,史挺.植酸酶的研究进展J.辽宁畜牧兽医,2003, (2):35-37.4刘生峰,彭远义.植酸酶基因工程研究进展J.生命科学研究,2003,7(2,suppl):30-33.5汪世华,吕茂洲,孙长春,等.植酸酶的现状及其研究进展J.广州食品工业科技,2002,18(1):54-57.6杜丽敏,段相林.植酸酶的来源与应用J.安徽农业科学,2007,35(16):4727-4728.7曾鹏,孙虎山,王宜艳,等.虾夷扇贝胚胎及早期幼虫酸性磷酸酶和碱性磷酸酶的组织化学研究J.水产科学,2007,26(

18、1):35-38.8王镜岩,朱圣庚,徐长法.生物化学(上册,第三版)M.北京:高等教育出版社,2002,380-467.9NagaiY,FunahashiS. Phytase(myoinosito-l hexaphosphate phospho-hydrolase)from wheatbranJ. AgrBiolChem,1962,26(12):794-803.10李明刚,郝亚桓,但野利秋.番茄植酸酶分离提纯及其特性研究J.烟台大学学报(自然科学与工程版),1998,11(4):258-266.11MaugenestS,Martinez I,LescureAM.Cloning and characterizationofa cDNA encoding amaize s