標籤:多酚氧化酶

生物化學與分子生物學名詞,編號:EC 1.10.3.1。一類含銅的氧化還原酶,催化鄰-苯二酚氧化成鄰-苯二醌,也能作用於單酚單加氧酶的底物。

1簡介

多酚氧化酶是一種蛋白體,在茶樹生命活動和茶葉加工過程中參與一系列由酶促活動而引起的化學變化,故又被稱為生物催化劑。茶葉中的酶較為複雜,種類很多,包括氧化還原酶、水解酶、裂解酶、磷酸化酶、移換酶和同工異構酶等幾大類。酶蛋白具有一般蛋白質的特性,在高溫或低溫條件下有易變性失活的特點。各類酶均有其活性的最適溫度範圍,一般在30C~50℃範圍內酶活性最強。酶若失活、變性,則就喪失了催化能力。酶的催化作用具有專一性,如多酚氧化酶,只能使茶多酚物質氧化,聚合成茶多酚的氧化產物茶黃素、茶紅素和茶褐素等;蛋白酶只能促使蛋白質分解為氨基酸。茶葉加工就是利用酶具有的這種特性,用技術手段鈍化或激發酶的活性,使其沿著茶類所需的要求發生酶促反應而獲得各類茶特有的色香味。如綠茶加工過程中的殺青就是利用高溫鈍化酶的活性,在短時間內製止由酶引起的一系列化學變化,形成綠葉綠湯的品質特點。紅茶加工過程中的發酵就是激化酶的活性,促使茶多酚物質在多酚氧化酶的催化下發生氧化聚合反應,生成茶黃素、茶紅素等氧化產物,形成紅茶紅葉紅湯的品質特點。

2研究概況

多酚氧化酶(polyphenol oxidase,PPO)是自然界中分佈極廣的一種金屬蛋白酶,普遍存在於植物、真菌、昆蟲的質體中,甚至在土壤中腐爛的植物殘渣上都可以檢測到多酚氧化酶的活性。由於其檢測方便,是被最早研究的幾類酶之一。自1883年Yoghid發現日本漆樹液汁變硬可能和某種活性物質相關,1938年Keilin D.和Mann G.研究了蘑菇多酚氧化酶的提取和純化,得到多酚氧化酶並將這類酶稱為polyphenol oxidase。多酚氧化酶又稱兒茶酚氧化酶,酪氨酸酶,苯酚酶,甲酚酶,鄰苯二酚氧化還原酶,是六大類酶中的第一大類氧化還原酶。
多酚氧化酶的共同特徵是能夠通過分子氧氧化酚或多酚形成對應的醌。在廣義上,多酚氧化酶可分為三大類:單酚單氧化酶(酪氨酸酶tyrosinase,EC.1.14.18.1)、雙酚氧化酶(兒茶酚氧化酶catechol oxidse,EC.1.10.3.2)和漆酶(laccase,EC.1.10.3.1)。在這三大類多酚氧化酶中,兒茶酚酶主要分佈在植物中,微生物中的多酚氧化酶主要包括漆酶和酪氨酸酶。現在大部分文獻所說的多酚氧化酶一般是兒茶酚氧化酶和漆酶的統稱。

3自然界分佈

微生物漆酶
漆酶是三大類多酚氧化酶中作用底物最廣的一類。漆酶最早是在1883年由Yoshida首先從漆樹液中發現的,後來人們又從大量的真菌體中發現了漆酶。漆酶來源很多,結構各異,不同來源的漆酶表現出來的催化特性相差較大。即便是同一來源,如同一白腐菌菌種,也可分泌出不同性質的漆酶組分,包括氧化能力、最適pH、底物專一性等,因此催化氧化作用也各不相同。漆酶分子中的銅離子是漆酶催化反應的活性中心,在催化氧化過程中起決定作用。
在真菌中,漆酶大多分佈在擔子菌(Basidimycetes)、多孔菌(Polyporus)、子囊菌(A-somycetes)、脈孢菌(Neurospora)、柄孢殼菌(Po-dospora)和麴黴菌(Aspergillus)等真菌中。擔子菌中的白腐菌是目前獲得漆酶的主要來源。Givaudan等還從稻根上的生脂固氮螺菌(Azospirillum lipoferum)中分離出細菌漆酶。
黃乾明等以粗毛栓菌(Trametes gallica)為出發菌,通過紫外誘變處理其擔抱子、PDA-RBBR平板變色法初篩、ABTS法測定培養液漆酶酶活力復篩,獲得1株漆酶高產誘變菌株SAH-12。
黃俊等(2006)從森林樹木根部土壤中分離得1株具有漆酶活性的細菌菌株,並鑒定該細菌屬於克雷伯氏菌(Klebsiella)屬,命名其為Klebsiella sp-601。這是首例報道Klebsiella細菌具有漆酶活性。
植物PPO的研究現狀及展望
PPO與抗病性的關係人們已進行了廣泛的研究[32]。植物在抵禦病原微生物的侵染過程中,抗性相關酶發揮了重要作用,這主要包括了酚類代謝系統中的一些酶和病原相關蛋白家族PPO通過催化木質素及醌類化合物形成,構成保護性屏蔽而使細胞免受病菌的侵害,也可以通過形成醌類物質直接發揮抗病作用。目前已比較成功的有:黃瓜對黑星病的抗性,蘋果對輪紋病的抗性,香蕉對束頂病的抗性,檸檬對流膠病的抗性,甘薯對蔓割病的抗性,水稻對白葉枯病的抗性等等。
茶葉中所有化學成分中,兒茶素與多酚氧化酶尤為重要,除綠茶、黃茶外,各種茶葉的加工都是基於兒茶素在多酚氧化酶催化下的氧化作用,即所謂的「發酵」過程。有的學者在紅碎茶加工中,利用茶幼果作為外源PPO的載體,以一定比例用於紅碎茶加工過程,結果發現能明顯提高成茶的TF含量,減少TB含量。還有的學者進行了內源酶發酵研究,以期望能在茶飲料中有所應用,改善滋味。
多酚氧化酶是引起果蔬酶促褐變的主要酶類,PPO催化果蔬原料中的內源性多酚物質氧化生成黑色素,嚴重影響製品的營養,風味及外觀品質。這些情況對生產者與消費者均是不希望看到的,僅在少數幾種食品的生產中,人們利用了PPO的作用,如茶葉、咖啡、黑葡萄中的多酚氧化酶。

微生物PPO的研究現狀及展望

隨著微生物發酵投人少、見效快、易控制等特點的凸顯,開發微生物中的多酚氧化酶成了研究者關注的熱點。微生物中的漆酶對氧化酚類或芳胺類等多種底物的氧化起催化作用,從而使其在含酚廢水的處理、環境中酚類毒物的降解、飲料加工、食用和藥用菌生產、飼料工業及醫藥衛生等各個領域有著廣泛應用[33]。而利用微生物發酵合成酪氨酸酶也已成為研製治療白癱風、帕金森病和老年痴呆症等疾患藥物的努力方向。
由於自然界中存在著大量結構不同的多酚類物質,而催化這些酚類物質氧化的多酚氧化酶也是不同的。如果從微生物中篩選出有效的酶源或者利用酶修飾、基因異源表達和基因工程菌的構建等技術創造出有效的微生物酶源,這將著深遠意義。

4活性測定

常用檢壓法和分光光度法。前者應用多酚氧化酶(PPO)可催化兒茶素等底物在有氧條件下的氧化還原反應,根據底物的氧化速率與單位酶濃度和單位時間內的耗氧量成正比這一原理,用瓦氏呼吸儀測定反應過程中的耗氧量求得PPO活性的大小,此方法設備簡便,但操作複雜,誤差較大。後者利用鄰苯二酚和D-兒茶素在PPO催化下生成有色產物.其顯色物質在460納米處有最大吸收,吸收值在單位時間內的變化和單位酶活性成正比,計算PPO活性強度。操作方法簡便,重現性好。與檢壓法原理相似的方法有氧電極法,應用也較多。
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