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本课题围绕“乙醇脱氢酶(ADH)的制备工艺及酶学性质”研究了以下内容:
分别从废弃啤酒酵母和实验室培养的醋酸杆菌中制备ADH,考察了不同提取条件对ADH提取效果的影响,并对其中的主要影响因素进行了L9(33)正交分析。采用硫酸铵沉淀、透析、柱层析、SDS-PAGE对啤酒废酵母ADH进行了分离纯化。结果显示,采用超声破碎法进行酵母细胞破碎,料液比1:2、一次性处理样品量20g、提取缓冲液pH值为8.5、超声功率320W、超声全程时间10min,为ADH最佳提取工艺。粗酶液经过盐析、透析、SephadexG-75柱层析后,其纯化倍数可达2.13。经SDS-PAGE电泳后发现,纯化前后的ADH酶液与标准品有一条共同的蛋白带,即为分离纯化后所要得到的ADH亚基的蛋白带。
在醋酸杆菌ADH分离提取过程中,采用超声波破碎法对细胞进行破碎,料液比1:3、超声功率400W、超声全程时间15min、提取缓冲液pH7.0为最佳提取工艺。粗酶液经过盐析、透析、SephadexG-75柱层析后,其纯化倍数为1.92。通过SDS-PAGE电泳后,可以看到纯化前后的ADH酶液在啤酒酵母标准品稍微偏上的位置有一条共同的蛋白带,由此推测,醋酸杆菌中的ADH亚基分子量比啤酒酵母ADH的亚基小。
分别考察了啤酒废酵母中ADH和醋酸杆菌中ADH的部分酶学性质,由试验结果得知,啤酒废酵母ADH以NAD+为辅酶,催化乙醇反应的最适pH为9.0,在pH8.5~pH10之间保存较为稳定。最适反应温度为27℃,在低于25℃保温时ADH活力最高。各种金属离子对其活力影响结果为:K+有促进作用,Ag+有较强的抑制作用;二价金属离子中,Cu2+的抑制作用较明显,而Ca2+却有较强的促进作用。该酶有广泛的底物专一性,乙醇是最好的底物,对甲醇和甲醛活性很小,但辛醇和烯丙醇也是ADH极好的底物。
醋酸杆菌ADH在催化乙醇发生氧化反应时所依赖的辅酶为NAD+,pH8.0为其最适反应pH,在pH8.0到9.5之间保存时ADH活力最高。最适反应温度为45℃,在30℃之下保存时较为稳定。各种金属离子对醋酸杆菌ADH有不同的影响,K+对其有促进作用,Ag+有很强的抑制作用。二价金属离子中,Zn2+有抑制作用,Ca2+和Cu2+的抑制作用较为明显,而Mg2+有促进作用。Fe3+的抑制作用也较强。醋酸杆菌中ADH对直链含有-CH2OH基团的伯醇(如乙醇、正丙醇)结合力较强,而对于多元醇(如丙三醇)的结合力则很弱,乙醇为其最佳底物。
试验采用酸性重铬酸盐氧化法检测样品中乙醇含量的变化。以啤酒废酵母中的ADH为试验材料,分别在体内和体外进行了ADH分解乙醇的试验。ADH加入到人工胃液中,于37℃下6min左右就会失活。当人工胃液与ADH酶液的比例为1:1时,ADH失活速度就会减缓。ADH酶液在人工肠液中放置24h后,ADH活力可损失将近一半。ADH在人工肠液和人工胃液中都可引起乙醇分解,在人工肠液中其分解能力更强一些。体内试验以小鼠血液中乙醇含量的变化为指标,选用0.016mL/g的剂量作为小鼠酒醉乙醇的用量,通过ADH的防酒醉试验和解酒试验考察其在体内分解乙醇的作用。结果表明,在防酒醉试验中,与未用ADH酶液灌胃的对照组小鼠相比,ADH试验组小鼠血液乙醇浓度显著降低(差异显著,P<0.05);但解酒试验结果显示,ADH对已经处于酒醉状态的小鼠的解酒效果并不明显。
本项研究工作的开展,旨在对乙醇脱氢酶的开发应用起到积极的促进作用,具有一定的理论意义和实际应用价值。