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秋茄叶缩合单宁对蘑菇酪氨酸酶的抑制机理



全 文 :第51卷 第6期 厦门大学学报(自然科学版) Vol.51 No.6
 2012年11月 Journal of Xiamen University(Natural Science) Nov.2012 
秋茄叶缩合单宁对蘑菇酪氨酸酶的抑制机理
柴纬明,邓紫薇,石 艳,郭 芸,冯慧玲,陈清西*
(厦门大学 生命科学学院,滨海湿地生态系统教育部重点实验室,福建 厦门361005)
  
收稿日期:2012-04-06
基金项目:国家基础科学人才培养基金项目(J1030626);福建省自
然科学基金项目(2012J01151)
*通信作者:chenqx@xmu.edu.cn
摘要:研究了红树植物秋茄叶缩合单宁对蘑菇酪氨酸酶单酚酶活力和二酚酶活力的影响和抑制动力学.结果表明秋茄
叶缩合单宁不仅可以降低蘑菇酪氨酸酶单酚酶酶促反应的稳定态活力,也可以延长反应的迟滞时间,并具有浓度依赖关
系,随着抑制剂浓度增大,稳定态活力下降,迟滞时间延长.当抑制剂质量浓度达33.00μg/mL时,稳定态活力从100%
下降到74%,迟滞时间从32.7s增加到72.9s;秋茄叶缩合单宁对二酚酶的抑制也显示浓度效应,抑制效果显著,引起
酶活力下降50%的抑制剂质量浓度(IC50)为30.00μg/mL,其对二酚酶的抑制显示可逆的效应,抑制类型为混合型,对
游离酶的抑制常数(KI)为25.05μg/mL和对酶-底物络合物的抑制常数(KIS)为46.69μg/mL.本研究揭示了植物秋茄
叶缩合单宁作为一种新型酪氨酸酶抑制剂的可能性.
关键词:秋茄叶;缩合单宁;蘑菇酪氨酸酶;单酚酶活力;二酚酶活力;抑制机理
中图分类号:Q 356.1    文献标志码:A     文章编号:0438-0479(2012)06-01070-04
  酪氨酸酶(EC 1.14.18.1)是一类广泛存在于微
生物、动物、植物和人体的铜结合酶[1].酪氨酸酶同时
具有单酚酶与二酚酶的活性,它首先催化L-酪氨酸
(L-Tyr)羟基化形成L-多巴(L-DOPA),再氧化L-
DOPA形成多巴醌[2].昆虫表皮的酪氨酸酶产生的黑
色素可以保护昆虫免受紫外线的辐射,酪氨酸酶也与
昆虫蜕皮过程中的鞣化作用有关.因此,酪氨酸酶是昆
虫赖以生存的一种重要酶,对该酶抑制剂的研究将在
新型的生物杀虫剂的设计中起指导作用[3-4].酪氨酸酶
抑制剂目前的来源主要为合成化合物和从天然植物中
分离提取,而后者相比于前者具有更好的开发前
景[5-7].目前国内还没有将单宁作为酪氨酸酶抑制剂的
研究报道,国外相关工作也很少,主要集中在抑制效果
的探讨,极少见单宁对酪氨酸酶抑制动力学的研究报
道.本文研究发现红树植物秋茄叶缩合单宁对蘑菇酪
氨酸酶具有很强的抑制作用,其引起酶活力下降50%
的抑制剂质量浓度(IC50)仅为30.00μg/mL,并进一
步系统探讨了秋茄叶缩合单宁的酪氨酸酶抑制动力
学,揭示了单宁有可能作为一类新型的酪氨酸酶抑制
剂而被应用于农业杀虫、果蔬保鲜及皮肤美白,同时对
于红树植物秋茄的开发应用具有重要的意义.
1 材料与方法
1.1 材 料
蘑菇酪氨酸酶购自美国Sigma化学公司,比活力
为6 680U/mg;二甲亚砜(DMSO)、L-Tyr、L-DOPA
为Aldrich化学公司产品;其他试剂为国产分析纯,使
用的蒸馏水为去离子重蒸水.分析仪器为 Beckman
DU 800分光光度计.秋茄叶采自福建云霄漳江口红
树林自然保护区,冷冻干燥后研磨成粉末于-20℃
保存.
1.2 方 法
1.2.1 秋茄叶缩合单宁样品制备
2011年7月,在福建云霄漳江口红树林自然保护
区,选择生长状况较为一致的秋茄叶植株30株,林冠
外围随机选取成熟叶,成熟叶是指已充分展开且无衰
老症状的叶片(第三对叶),新鲜叶经过自来水清洗,并
用去离子水润洗3遍,置于-20℃冰冻,冷冻干燥后
将其研磨成细粉,储藏于-20℃备用.取处理好的秋
茄叶片粉末20g,加入250mL 70%(体积分数,下同)
的丙酮水溶液超声提取30min,真空抽滤得滤液.滤
渣继续用250mL 70%的丙酮水溶液超声提取,重复
提取3次,合并滤液,旋转蒸发除去丙酮,再经石油醚
和乙酸乙酯萃取,保留水相部分并将其旋转蒸发和冷
冻干燥后得到秋茄叶缩合单宁粗提物.粗提物用少量
50%(体积分数,下同)甲醇水溶液溶解后上Sephadex
第6期 柴纬明等:秋茄叶缩合单宁对蘑菇酪氨酸酶的抑制机理
LH-20色谱柱,先用50%甲醇水溶液去杂,再用70%
的丙酮水溶液洗脱并收集纯化的秋茄叶缩合单宁组
分.30℃旋转减压蒸发除去丙酮,水相冷冻干燥后置
于-20℃下保存备用.秋茄叶缩合单宁结构已通过核
磁共振(NMR)和基质辅助激光解吸电离飞行时间质
谱(MALDI-TOF MS)鉴定[8].
1.2.2 效应物对蘑菇酪氨酸酶酶活力的影响
蘑菇酪氨酸酶酶活力测定参考文献[7].在单
酚酶活力分析中,以1 mmol/L L-Tyr为测活底
物,二酚酶活力的测定是以0.5mmol/L L-DOPA
为底物,在3mL反应体系中,先加入0.1mL不同
浓度的效应物(溶于 DMSO)和2.8mL含底物的
磷酸缓冲液(终浓度为0.05mol/L,pH 6.8),最后
加入0.1mL 0.2mg/mL的蘑菇酪氨酸酶水溶液,
在475nm测定光密度值随反应时间的增长直线,
每5s读值一次,总共测定时间为250s.单酚酶活
力测定酶的终质量浓度为33.33μg/mL,二酚酶活力
测定酶的终质量浓度为6.67μg/mL.在实验中,DM-
SO的体积分数为3.33%,对照以不含效应物的DM-
SO作为参比排除DMSO的作用.IC50为酶活被抑制
一半时(相对于初酶活)的抑制剂浓度,低的IC50代表
强的抑制效果.对于混合竟争型抑制类型抑制剂的
IC50,可由以下方程得到:
IC50=
Km+[S]
Km
KI+
[S]
KIS

其中Km 为不加抑制剂时酶与底物的反应常数(米氏
常数),[S]为底物浓度,KI为抑制剂对游离酶的抑制
常数,KIS为抑制剂对酶-底物络合物的抑制常数.二酚
酶活力测定采用3个重复.
1.2.3 效应物对酶的抑制机理研究
参考文献[3]方法,以0.5mmol/L L-DOPA为
底物,在含不同浓度的秋茄叶片缩合单宁的测活体
系中,改变测活的酶浓度,酶的终质量浓度分别为:
1.33,3.33,5.33,7.33和9.33μg/mL,测定酶促反
应速度与酶浓度的关系,根据其相关性来判断抑制作
用机理,如果是一组通过原点的直线,说明抑制作用属
于可逆作用;如果是一组平行线,说明抑制作用是不可
逆的.
1.2.4 抑制类型与抑制常数的测定
参考文献[3]方法,在含不同浓度效应物的测活体
系中,改变底物L-DOPA的浓度,测定不同底物下的
酶促反应速度(v),通过 Lineweaver-Burk双倒数作
图,比较酶催化反应的动力学参数Km 和Vm 的变化来
判断效应物的抑制类型.根据混合抑制类型的动力学,
秋茄叶片缩合单宁的动力学参数可根据以下等式进行
分析.
混合抑制类型的动力学方程为:
v= Vm
[S]
Km(1+
[I]
KI
)+[S](1+
[I]
KIS

, (1)
其倒数:

v=
Km
Vm
(1+
[I]
KI
)1[S]+

Vm
(1+
[I]
KIS
), (2)
1/v对1/[S]作图为直线,其斜率(k)为:
k=KmVm
(1+
[I]
KI
)=KmVm+
Km
Vm
·1
KI
·[I], (3)
截距(b)为:
b=1Vm
(1+
[I]
KIS
)=1Vm+

Vm·KIS
·[I]. (4)
分别以斜率和截距对效应物浓度[I]作图,可以求出
KI和KIS.
2 实验结果
2.1 秋茄叶缩合单宁对蘑菇酪氨酸酶单酚酶
活力的影响
单酚酶测活体系是以L-Tyr为底物,以不同浓度
缩合单宁为效应物,测定酶促反应的进行曲线,结果如
图1-I.曲线0为蘑菇酪氨酸酶在不含秋茄叶缩合单宁
的体系中的单酚酶活力曲线,通过曲线可以看出产物
量先缓慢地上升,一定时间后反应体系达到一个稳

状态.直线部分的斜率为蘑菇酪氨酸酶的稳定态活力,
曲线0~4的质量浓度分别为:0,3.30,13.00,27.00,33.00μg/mL.
图1 秋茄叶缩合单宁对蘑菇酪氨酸酶单酚酶的抑制作用曲线
Fig.1 Progress curves of monophenolase of mushroom
tyrosinase inhibited by condensed tannins of the
K.candel leaves
·1701·
厦门大学学报(自然科学版) 2012年
直线外延交于X轴截距为酶促反应的迟滞时间.曲线
1~4分别代表秋茄叶片缩合单宁质量浓度为3.30,
13.00,27.00,33.00μg/mL时的测活体系反应进行
曲线,可以看出该抑制剂既能使稳定态活力下降,也同
时延长酶促反应的迟滞时间,其抑制作用表现明显浓
度依赖关系.
分别以稳定态酶活力和迟滞时间对抑制剂浓度作
图(图1-II,III),结果显示秋茄叶缩合单宁对蘑菇酪氨
酸酶单酚酶迟滞时间的影响随着其浓度的增加而增
大,稳定态酶活力则随着抑制剂浓度的增加而降低.当
抑制剂质量浓度为33.00μg/mL时,迟滞时间由不加
抑制剂时的32.7s增加到72.9s,而稳定态酶活力则
由最初的100%下降到74%.
2.2 秋茄叶缩合单宁对蘑菇酪氨酸酶二酚酶
活力的影响
在3mL的测活体系中,改变秋茄叶缩合单宁的
浓度,保持底物L-DOPA和酶浓度不变,测定蘑菇酪
氨酸酶催化底物氧化的活力.结果如图2所示,秋茄叶
缩合单宁对蘑菇酪氨酸酶二酚酶具有明显的抑制作
用,且随着秋茄叶缩合单宁浓度的增加酶活力下降,其
IC50为30.00μg/mL.
图2 秋茄叶缩合单宁对蘑菇酪氨酸酶二酚酶的抑制作用
Fig.2 Effect of condensed tannins from the leaves of
K.candel on o-diphenolase of mushroom tyrosinase
2.3 秋茄叶缩合单宁对蘑菇酪氨酸酶二酚酶
的抑制机理
在3mL蘑菇酪氨酸酶二酚酶测活体系中,保持
底物浓度不变,改变酶的浓度,测定不同酶量与反应初
速度的关系.图3中的结果显示随着效应物浓度的增
大,直线斜率降低,酶活力对抑制剂浓度作图得到一组
通过原点的直线,说明了秋茄叶缩合单宁对蘑菇酪氨
酸酶二酚酶的抑制作用属于可逆的过程.在测活体系
中加入一定量的可逆抑制剂,不会导致有效的酶量的
降低,酶活力下降的原因是酶受到抑制导致催化效率
降低.
直线1~5代表抑制剂的质量浓度分别为:0,10,20,40和60μg/mL.
图3 秋茄叶缩合单宁对蘑菇酪氨酸酶二酚酶的抑制机理
Fig.3 Inhibition mechanism of condensed tannins extracted
fromK.candel leaves on o-diphenolase of mushroom tyrosinase
2.4 秋茄叶缩合单宁对蘑菇酪氨酸酶二酚酶
抑制类型及抑制常数的测定
参考文献[9]的方法,测定不同浓度底物对酶活力
的影响,结果如图4-I所示,为一组斜率和截距都改
变,但相交于第二象限的直线,说明Km 和Vm 随着效
应物浓度增大而变化,Km 值增大而Vm 值下降,其抑
制类型表现为混合竞争型效应.通过二次作图分别以
图4-I直线的斜率和纵轴截距对抑制剂浓度作图(图
4-II,III),可以求出其对游离酶的KI为25.05μg/mL
和对酶-底物络合物的KIS为46.69μg/mL.
直线0~4的抑制剂质量浓度分别为:0,10,20,40,60μg/mL.
图4 秋茄叶缩合单宁对酪氨酸酶二酚酶的抑制类型和
抑制常数的测定
Fig.4 Determination of the inhibitory type and inhibition
constant of K.candel leaves condensed tannins on
o-diphenolase of mushroom tyrosinase
3 讨 论
酪氨酸酶在催化反应过程中具有单酚酶和二酚酶
活性,单酚酶酶促反应的动力学特征表现为有个迟滞
时间,而以L-DOPA为底物的二酚酶酶促反应没有迟
·2701·
第6期 柴纬明等:秋茄叶缩合单宁对蘑菇酪氨酸酶的抑制机理
滞现象,可以迅速达到稳定态.实验结果显示,秋茄叶
缩合单宁对蘑菇酪氨酸二酚酶活力具有很好的抑制效
果,其IC50为30.00μg/mL.秋茄叶缩合单宁对蘑菇酪
氨酸酶二酚酶的抑制是可逆的过程揭示其不会导致有
效酶量的减少,而只是使酶催化效率降低.其抑制类型
为混合竞争型,表明效应物不仅与底物竞争酶活性中
心的铜离子(缩合单宁分子中含有较多的酚羟基,与
L-DOPA的分子结构相似),而且与酶-底物复合物结
合.其对游离酶的KI为25.05μg/mL和对酶-底物复
合物的KIS为46.69μg/mL,说明抑制剂和自由酶的
结合能力大大强于其与酶-底物复合物的结合.此外缩
合单宁具有较强的还原性,这可能也是它抑制酪氨酸
酶活性的原因之一.本文以L-Tyr为底物,研究秋茄
叶缩合单宁对蘑菇酪氨酸酶单酚酶活力的影响,发现
酶促反应的迟滞时间延长十分明显,当抑制剂质量浓
度为33.00μg/mL时,迟滞时间由不加抑制剂时的
32.7s增加到72.9s,而稳定态酶活力则由最初的
100%下降到了74%,显示缩合单宁对单酚酶的抑制
效应强烈.
秋茄叶缩合单宁所表现出来的对于蘑菇酪氨酸酶
良好的抑制效果表明其为一种高效的酪氨酸酶抑制
剂,有可能作为新型的生物杀虫剂、果蔬保鲜剂和皮肤
美白剂.
参考文献:
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Inhibitory Mechanism of Condensed Tannins from the Mangrove
Plant Kandelia candel on Mushroom Tyrosinase
CHAI Wei-ming,DENG Zi-wei,SHI Yan,GUO Yun,FENG Hui-ling,CHEN Qing-xi*
(Key Laboratory of the Ministry of Education for Coastal and Wetland Ecosystems,School of Life Siences,
Xiamen University,Xiamen 361005,China)
Abstract:The inhibitory mechanism of condensed tannins from the mangrove plant Kandelia candel on monophenolase and o-diphe-
nolase activity of mushroom tyrosinase has been studied.The results show that the steady-state rate of monophenolase has been de-
creased and the lag time has been lengthened with the increase of concentration of condensed tannins.When the concentration of the
condensed tannins came to be 33.00μg/mL,the steady-state rate of monophenolase has been decreased 26%,and the lag time has
been extensed from 32.7sto 72.9s.The inhibition on o-diphenolase activity can be obviously observed.The results show that inhibi-
tor′s concentration leading to 50%activity lost(IC50)is estimated to be 30.00μg/mL.The inhibition kinetics analyzed by Lineweav-
er-burk plots shows that condensed tannins from the mangrove plant Kandelia candel is mixed-type inhibition.The inhibition con-
stant(KI)was determined to be 25.05μg/mL and KIS was determined to be 46.69μg/mL.Condensed tannins from the mangrove
plant Kandelia candel is showed to be a potential mushroom tyrosinase inhibitor in this study.
Key words:Kandelia candel leaf;condensed tannins;mushroom tyrosinase;monophenolase activity;o-diphenolase activity;inhibitory
mechanism
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