全 文 :第7卷第4期
2009年7月
生 物 加 工 过 程
ChineseJournalofBioprocessEngineering
Vol.7No.4
July2009
doi:10.3969/j.issn.1762-3678.2009.04.001
收稿日期:2008-04-28
基金项目:国家自然科学基金资助项目(30671457)
作者简介:林俊芳(1962—),男,福建莆田人,教授,博士生导师,研究方向:生物转化与生物加工,Email:linjf@scau.edu.cn
真菌漆酶的酶活测定方法评价
林俊芳1,2,刘志明1,陈晓阳2,郭丽琼1,2,王 杰1
(1.华南农业大学 食品学院,广州 510642;2.华南农业大学 生物质能研究所,广州 510642)
摘 要:目前真菌漆酶酶活的测定方法多样,没有统一的标准,致使不同研究之间的漆酶酶活无法进行比较分
析,也造成漆酶产品在酶活质量意义上的混乱。因此,对测定真菌漆酶酶活的各种不同的分光光度法进行了综
述和比较分析,认为采用ABTS法作为测定漆酶酶活的方法较具合理性和科学性,建议作为漆酶酶活测定的统一
方法。
关键词:酶活测定;真菌漆酶;ABTS
中图分类号:Q554 文献标志码:A 文章编号:1672-3678(2009)04-0001-08
Evaluationofassaymethodsfordeterminingfungallaccaseactivity
LINJunfang1,2,LIUZhiming1,CHENXiaoyang2,GUOLiqiong1,2,WANGJie1
(1.ColegeofFoodScience,SouthChinaAgriculturalUniversity,Guangzhou510642,China;
2.InstituteofBiomassResearch,SouthChinaAgriculturalUniversity,Guangzhou510642,China)
Abstract:Althoughthereareseveralkindsofmethodsfordeterminingfungallaccaseactivity,noneof
themhavebeenrecognizedtobeacceptable.Laccaseactivitiesobtainedfromdiferentresearcheswere
diferentlydefinedandwerenotcomparablewithothers.Spectrophotometricassaymethodsforfungallac
caseactivitiesofdiferentoriginsaresummarizedandanalyzed.ItisconcludedthatusingABTSasthe
substratetodeterminelaccaseactivityareasonableandacceptable.Arecommendationofauniversaland
uniformmethodfordeterminingfungallaccaseactivitiesbasedonABTSwasrecommended.
Keywords:enzymaticactivityassay;fungallaccase;ABTS
漆酶(EC1.10.3.2)是 1种含铜的多酚氧化
酶,能够催化多酚、多氨基苯等物质的氧化,使之生
成相应的醌和水[1]。真菌漆酶因为具有降解木质
素、酚类物质的作用,所以在纺织、造纸、食品、饲
料、环保等方面具有广泛的应用潜力[2],其研究越
来越受到重视。测定漆酶酶活是漆酶研究的重要
环节,酶活大小是评价漆酶产酶菌种和漆酶产品优
劣的直接依据。目前漆酶酶活的测定方法有分光
光度法[3]、测 O2法
[4]、高效液相色谱法[5]、极谱
法[6]、脉冲激光光声分析法[7]、微量热法[8]等,其中
分光光度法因为具有操作简单、快速、无需配备昂
贵仪器设备等特点,所以被广泛采用。然而因为真
菌漆酶来源广泛和作用底物多样,加上分光光度法
测定漆酶酶活又可分为多种方法,所以漆酶酶活的
测定方法及其酶活单位定义目前还没有形成统一
的约定,使得不同来源的漆酶产酶菌种和漆酶产品
的酶活无法进行比较,因此给漆酶的研究、生产和
应用带来许多不便。本文对普遍采用的测定漆酶
酶活的分光光度法及其酶活单位定义进行综述和
比较,旨在寻求1种能够被广泛接受的漆酶酶活测
定方法和酶活单位定义。
1 漆酶酶活的测定原理
分光光度法测定漆酶酶活的基本原理是选定
某种漆酶作用的底物,底物在漆酶催化作用下首先
形成底物自由基[9],底物自由基在特定的光波波长
下有最大的吸光系数,随着底物自由基浓度的增
加,吸光度值增大,依据吸光值(OD)随时间变化的
关系计算出酶活。
2 漆酶酶活测定方法
根据测定漆酶酶活底物种类的不同,漆酶酶活测
定方法可划分为2,2′二氮 双(3乙基苯并噻唑 6
磺酸)(ABTS)法、愈创木酚法、邻联甲苯胺法、2,6
二甲氧基酚(2,6 DMP)法、丁香醛连氮法、苯二胺
法、酚红法、4 二甲氨基吡啶(DMAP)法、MBQH2
法、儿茶酚法等。
2.1 ABTS法
ABTS,是测定漆酶酶活常用的底物。ABTS法
测定漆酶酶活(表1),通常采用醋酸钠溶液作为缓
冲溶液,在反应体系内的终浓度常为002、005或
010mol/L,pH主要在 4~5之间。反应体系内
ABTS的浓度在 01~5mmol/L,常用终浓度为
05mmol/L。测定反应一般在室温下进行,但有时
为了避免H2O2的影响,选择在较高的温度进行,以
去除H2O2
[10]。ABTS经漆酶作用后形成 ABTS自
由基[9],在420nm处ABTS自由基的吸光系数远大
于底物 ABTS,随着 ABTS自由基浓度的增加,吸光
度值变大,因此一般在420nm[11-12]处检测OD值的
变化,但也有选择436nm波长的报道[13]。
表1 ABTS法测定漆酶酶活
Table1 LaccaseactivitydeterminedbyABTSsubstrate
漆酶来源
反应缓冲溶液
名称 浓度/(mol·L-1)
pH
底物浓度/
(mmol·L-1)
反应温度/
℃
反应时间/
min
波长/
nm
GanodermalucidumKMK2[14] 醋酸钠 0080 50 100 30 — 420
Lentinusedodes[15] 丙二酸钠 0050 45 030 22 — 420
Pleurotusostreatus[16] 柠檬酸盐 0040 56 050 25 — 420
Pleurotusostreatus[17] 醋酸钠 0050 50 017 30 — 420
Pycnoporuscinnabarinus[18] 酒石酸钠 0050 40 050 30 — 420
Streptomycespsammoticus[19] 磷酸钠 0200 75 050 — 1 420
Trameteshirsuta[20] 琥珀酸 0025 30 47 25 2 436
Trametesvilosa[21] 醋酸钠 0100 50 050 50 — 420
注:表中所列浓度指的是反应体系内的终浓度,“—”表示没有具体数据。
2.2 愈创木酚法
愈创木酚法测定漆酶酶活(表2),缓冲溶液常
用琥珀酸钠溶液,终浓度为005mol/L。缓冲溶液
的pH基本为45,个别如磷酸钠缓冲溶液的 pH则
为60。底物愈创木酚有 3种常用的终浓度 04、
08和10mmol/L。反应温度基本都是在30℃进
行,而反应时间都是30min。测定 OD值变化的光
波波长为465nm[22]。
2.3 邻联甲苯胺法
以邻联甲苯胺作为测定漆酶酶活底物时(表
3),以醋酸溶液为反应体系缓冲溶液,其 pH为
40或 46,缓冲液浓度主要是 0039、0077或
0085mol/L3种。底物浓度基本是0373mmol/L
或0420mmol/L。反应温度可选择在40、30、28或
2 生 物 加 工 过 程 第7卷
25℃。反应时间的选择与反应温度有关,通常在
40℃和30℃下反应5min,在28℃和25℃下反应
30min。测 OD值 变 化 的 光 波 波 长 主 要 选 择
在600nm。
表2 愈创木酚法测定漆酶酶活
Table2 Laccaseactivitydeterminedbyguaiacolsubstrate
漆酶来源
反应缓冲溶液
名称 浓度/(mol·L-1)
pH
底物浓度/
(mmol·L-1)
反应温度/
℃
反应时间/
min
波长/
nm
Bjerkanderaadusta[23] 琥珀酸 004 45 08 30 30 465
Coriolusversicolor[24] 琥珀酸钠 005 45 04 30 30 465
Coriolusversicolor[25] 琥珀酸钠 005 45 04 40 30 465
Coriolusversicolor[22] 磷酸钠 — 60 1 30 30 465
Neurosporacrasa[26] 琥珀酸 NaOH 004 45 08 25 30 465
表3 邻联甲苯胺法测定漆酶酶活
Table3 Laccaseactivitydeterminedbyotolidinesubstrate
漆酶来源
反应缓冲溶液
名称 浓度/(mol·L-1)
pH
底物浓度/
(mmol·L-1)
反应温度/
℃
反应时间/
min
波长/
nm
Amanitaverna[27] 醋酸 0077 46 0373 25 5 595
CoriolusVersicolor[28] 醋酸 0077 46 0373 25 30 600
Pleurotuslignetilis[29] 醋酸 0085 46 0420 25 30 600
Trametesgalic[30] 醋酸 0085 40 0420 40 5 600
TrametestrogiBerk[31] 醋酸 0039 40 0373 30 5 600
2.4 DMP法
DMP法以 2,6 DMP作为酶活测定底物(表
4),可以选择醋酸、醋酸钠、柠檬酸盐 磷酸盐、柠檬
酸 柠檬酸钠、柠檬酸盐多种溶液作为缓冲溶液。
pH在3~65之间,以酸性条件为主。底物终浓度
在01~20mmol/L之间,常用10mmol/L。反应
温度较高,在30℃以上,最高达50℃。DMP被转
化为3,5,3′,5′四甲氧基二苯醌,检测波长有
468[32]、470[33]和477nm[34]这3种。
表4 DMP法测定漆酶酶活
Table4 LaccaseactivitydeterminedbyDMPsubstrate
漆酶来源
反应缓冲溶液
名称 浓度/(mol·L-1)
pH
底物浓度/
(mmol·L-1)
反应温度/
℃
反应时间/
min
波长/
nm
Botryosphaeriasp.[32] 柠檬酸盐 磷酸盐 0026 65 15 45 5 468
Phanerochaetechrysosporium[35] 醋酸 0030 45 060 30 — 470
RigidoporusLignosus[33] 柠檬酸 柠檬酸 000020 35 020 30 — 470
Rigidoporussp.W1[36] 柠檬酸 柠檬酸 000020 36 010 — — 470
Trametesgalica[34] 醋酸钠 010 — 10 — — 477
Trametesmodesta[37] 柠檬酸盐 0050 50 20 50 — 468
2.5 丁香醛连氮法
丁香醛连氮法测定漆酶酶活(表5)的缓冲液为
柠檬酸盐 磷酸盐、柠檬酸盐、醋酸和醋酸盐溶液,
pH在5~6之间。底物浓度的选择范围集中在低浓
度,一般在001~003mmol/L。测定时的反应温
度基本在25℃条件下进行。测量波长有 520[38]、
525[39]和540nm[40]这3个,但通常采用525nm的光
源进行检测。
3 第4期 林俊芳等:真菌漆酶的酶活测定方法评价
表5 丁香醛连氮法测定漆酶酶活
Table5 Laccaseactivitydeterminedbysyringaldazinesubstrate
漆酶来源
反应缓冲溶液
名称 浓度/(mol·L-1)
pH
底物浓度/
(mmol·L-1)
反应温度/
℃
反应时间/
min
波长/
nm
Botrytiscinerea[39] 柠檬酸盐 磷酸盐 0015 50 010 — 5 525
Pleurotusostreatus[16] 柠檬酸盐 0040 56 020 25 — 525
Pleurotusspecies[38] 醋酸 010 50 100 — 1 525
Pyriculariaoryzae[40] 磷酸盐 0050 60 0020 25 — 540
Trametesversicolor[41] 柠檬酸盐 磷酸盐 0050 48 0025 25 — 525
Trametesversicolor[42] 柠檬酸盐 磷酸盐 0050 52 0025 30 — 520
2.6 其他底物法
此外,还有采用对苯二胺、酚红、DMAP、MBQH2
和儿茶酚作为底物测定漆酶酶活,不过,这些底物测
定法报道的文献较少,其具体操作参数如表6所示。
表6 以其他底物测定漆酶酶活
Table6 Laccaseactivitydeterminedbyothersubstrates
漆酶来源
反应缓冲溶液
名称 浓度/(mol·L-1)
pH 底物
底物浓度/
(mmol·L-1)
反应温度/
℃
反应时间/
min
波长/
nm
Pleurotuseryngi[43] 磷酸盐
005
(含030%底物) 71 对苯二胺 — 25 — 490
Pleurotuseryngi[44] 磷酸盐 002 50 MBQH2 05 25 — 360
Pyriculariaoryzae[40] 磷酸盐 005 60 DMAP 02 25 — 368
Trametesgalica[34] 醋酸钠 01 60 酚红 1 — — 432
Trametespubescens[45]柠檬酸盐 磷酸盐 01 42 儿茶酚 10 25 — 410
3 各种漆酶测定方法的特点与比较分析
漆酶含有 4个铜原子,可分为 3类:Ⅰ型 Cu2+
(T1Cu)、Ⅱ型Cu2+(T2Cu)和Ⅲ型Cu4+2 (T3Cu)
[46]。漆
酶与底物反应时,底物首先被 T1Cu氧化,并向漆酶
转移1个电子,底物同时形成自由基。随后,电子通
过保守的HisCysHis三肽结构传递到 T2和 T3Cu
组成的三核铜簇,在这里氧气被还原成水[9,47]。漆
酶酶活是通过测定漆酶催化 ABTS、DMP、丁香醛连
氮或愈创木酚所生成产物的速率来获得的。对于
DMP、丁香醛连氮和愈创木酚是测定生产的醌类物
质,而对于 ABTS则是直接测定生产的 ABTS阳离
子自由基。
当用DMP、丁香醛连氮和愈创木酚测定酶活
时,底物首先向漆酶转移1个电子,同时形成底物自
由基,这些底物自由基不稳定,可以进一步氧化形
成醌类物质,同时也可形成碳自由基,它们可以相
互聚合,因此产物中除醌外还有聚合物和 C—O、
C—C偶联产物[9,46,48]。由于只是在某波长下测定
产物醌类物质的数量来计算酶活,有一部分被转化
的底物所生成的产物未被计算在内,所以酶活是被
低估了。另外,底物自由基参与生成醌类物质的量
是不确定的,因此酶活的测定也存在不稳定性。相
比之下,用ABTS测定酶活就更合理一些,避免前3
种底物遇到的问题。ABTS被漆酶催化形成自由基
后,不会有其他副反应和产物形成,产物只有 ABTS
自由基,通过测定其数量就可以计算出酶活,更能
准确和稳定地反映出真实的漆酶酶活。
从漆酶对ABTS、DMP、丁香醛连氮、愈创木酚的
催化特性来看[47](表7),漆酶对ABTS和丁香醛连氮
的Km值很小而Kcat值很大,表明漆酶对ABTS和丁香
醛连氮有很高的亲和力和很强的催化反应能力。同
时,ABTS和丁香醛连氮的吸光系数较高,说明以其为
底物测定漆酶活性的灵敏度较高。这表明 ABTS法
4 生 物 加 工 过 程 第7卷
和丁香醛连氮法都很适合作为漆酶酶活测定的方法。
与之相比,漆酶对 DMP和愈创木酚的 Km值很高而
Kcat值很低,说明漆酶对这两种底物的亲和力相对较
小,催化能力较弱。因而用愈创木酚法测定漆酶酶
活,其缺点是反应时间长,测得的酶活力较低,这正是
与该反应的米氏常数较大有关,而DMP法则需要很
高的温度。另外,邻联甲苯胺测定漆酶酶活时,该底
物水溶性差,测得的酶活力也较低。
表7 真菌漆酶催化特性
Table7 Catalyticpropertiesoffungallaccases
底物
特性
米氏常数Km/
(μmol·L-1)
催化速率常数Kcat/
s-1
摩尔消光系数/
(L·(mol·cm)-1)
ABTS 39 24050 36000
DMP 405 3680 49600
丁香醛连氮 36 21500 65000
愈创木酚 420 295 12100
在国外的文献报道中,常用 ABTS法或丁香醛
连氮法测定漆酶酶活,而国内常用ABTS法、愈创木
酚法和邻联甲苯胺法测定漆酶酶活。根据漆酶对
底物的亲和力、催化产物的特点、摩尔消光系数、测
定条件和效果,笔者认为采用 ABTS法测定漆酶酶
活是1种比较理想的方法。这种方法具有如下优
点:ABTS易溶于水,常温放置性质稳定;催化反应
只有1步,即从 ABTS到它的阳离子自由基,ABTS
的离子自由基在水溶液中比较稳定,使得测定的
OD值相对稳定和准确;在 pH2~11之间,ABTS的
氧化对 pH没有依赖性[49];在漆酶的作用下,ABTS
有色溶液的摩尔吸光系数较高,说明以其为底物测
定的灵敏度较高;到目前为止还未有 ABTS有致癌
作用、诱变作用或是强烈的毒性的报道,说明 ABTS
使用安全[50]。虽然漆酶来源广泛,不同来源的漆酶
与底物反应的亲和力不一样,同一来源的漆酶与不
同底物的反应亲和力也不同,测得的酶活数值也不
同的,但是不同漆酶对 ABTS的亲和力和催化能力
普遍都很高,测得的酶活值也很高。所以,ABTS法
可以作为各种漆酶酶活测定的标准方法,使不同来
源的漆酶酶活便于比较。
4 漆酶酶活单位定义
分光光度法测定漆酶酶活的底物多样性,造成
酶活定义的多样性及酶活单位的混乱,根据目前报
道,漆酶酶活单位定义可分成2类:1)单位时间内
转化单位量底物或生成单位量产物所需酶量定义
为1个酶活单位(U),具体有5种定义形式:A)每
分钟氧化1μmol底物所需要的酶量为1个酶活单位
(U)[51-53];B)每分钟氧化生成1μmol产物所需要的
酶量为 1个酶活单位(U)[32,54];C)每秒钟氧化
1nmol底物所 需 要 的 酶 量 为 1个 酶 活 单 位
(nkat)[37];D)每分钟氧化1nmol底物所需要的酶量
为1个酶活单位(U)[55];E)每分钟氧化1mmol底物
所需要的酶量为1个酶活单位(U)[56]。2)单位时
间改变单位 OD值所需酶量定义为 1个酶活单位
(U),也有5种定义形式:F)每分钟使 OD值增加
10所需要的酶量为1个酶活单位(U)[57];G)每分
钟使OD值增加01所需要的酶量为1个酶活单位
(U)[58];H)每分钟使 OD值增加001所需要的酶
量为1个酶活单位(U)[59];I)每分钟使OD值增加
0001所需要的酶量为1个酶活单位(U)[60-61];J)
每小时使OD值增加01所需要的酶量为1个酶活
单位(U)[22]。根据以上这些酶活单位定义,漆酶酶
活单位计算公式分别为
A=B=10
6
ε
×
V总
V(酶)×
ΔOD
Δt
;C=10
3
60×A;D=10
3×
A;E=A
103
;F=G10=
H
102
= I
103
= J600=
103
V(酶)×
ΔOD
Δt
;
J=G×60。
式中:V总 和V(酶)分别代表漆酶酶活测定反应体系
的总体积及反应添加的酶液体积;ε为吸光系数,
M-1·cm-1。除C外,所有公式计算出来的酶活单位
为U/L,C的酶活单位为 nkat/L。1kat=109nkat=
6×107U。
从上述各种酶活单位定义的计算公式可以看
5 第4期 林俊芳等:真菌漆酶的酶活测定方法评价
出,同一种漆酶对同一底物来说,A定义与 B定义
的酶活在反应物与产物系数相同时是一样,而 C定
义的酶活是A定义酶活的167倍,D定义的酶活是
A定义酶活的1000倍;F、G、H、I定义的酶活依次增
大10倍,J定义的酶活是 F定义酶活的600倍。因
此,采用不同的酶活单位定义,漆酶酶活的大小差
别相当大,这也是已报道的漆酶酶活在数值上相差
巨大的原因,造成了酶活大小比较上的困难和对漆
酶酶活单位大小的误解。为此,在采用相同漆酶酶
活测定方法的前提下,可以根据以上不同漆酶酶活
单位定义下的计算公式间的关系进行换算,得到一
个统一在某个定义下的漆酶酶活数值,方便进行酶
活大小的比较。然而,不同定义下的漆酶酶活虽然
可以进行换算比较,但笔者认为漆酶酶活定义应该
统一,这有利于不同研究者和不同文献材料的交流
比较和酶活大小比较的直观方便。根据国际上对
酶活单位的规定[62],笔者认为漆酶酶活定义可以统
一为在特定条件下,每分钟转化1μmol底物或形成
1μmol产物所需要的酶量为1个酶活单位(U)。这
个酶活单位定义符合酶催化活性的特点,能够直观
真实地表现出酶活的性质,应该易于普遍使用。
5 结 论
分光光度法是目前测定漆酶酶活的常用方法,
迄今国内外发表的有关漆酶的文献中漆酶酶活的
测定大多是采用分光光度法进行的。但是,由于漆
酶来源广泛和底物多样等特点,在采用分光光度法
测定漆酶酶活时,不同研究者使用不同的底物并在
不同的条件下进行,所以不同研究者测定的漆酶酶
活差异很大,酶活的单位定义也差异很大,致使不
同研究者和不同文献之间的漆酶酶活无法进行比
较分析,也造成漆酶产品在酶活质量意义上的混
乱。因此,统一漆酶酶活测定方法和酶活单位定义
对于漆酶的研究、生产和应用是必要的。笔者认
为,漆酶的酶活单位定义建议采用国际酶学委员会
规定的定义[62],即在特定条件下(25℃、最适底物
浓度、最适温度、最适pH和离子强度系统),每分钟
转化1μmol底物或形成1μmol产物所需要的酶量为
1个国际单位(U),漆酶的测定方法建议采用 ABTS
法进行。
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