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凡纳滨对虾(Litopenaeus vannamei)是全世界三大养殖对虾之一,具有重要的经济价值。N-乙酰-β-D-氨基葡萄糖苷酶(N-Acetyl-β-D-glucosaminidase或NAGase,EC.3.2.1.52)在对虾的幼体孵化,蜕壳发育,营养代谢,免疫防御中发挥着重要作用。探讨壳膜中NAGase的酶学特性、活力调控、催化作用机理并与内脏中NAGase性质与功能进行比较,能更全面地了解凡纳滨对虾不同组织来源的NAGase特点及作用。
以凡纳滨对虾壳膜为材料,经过0.01mol/L Tris-HC1(pH7.5)缓冲液匀浆抽提处理,硫酸铵分级盐析纯化,获得粗酶。粗酶再经过Sephadex G-100凝胶层析,DEAE-32离子交换柱层析纯化得到比活力为1077 U/mg的NAGase纯酶制剂。SDS-PAGE凝胶电泳测得其亚基分子量为83kDa,通过Sephadex G-200凝胶过滤柱层析法测定该酶的分子量约为160kDa,说明该酶是由两个相同的亚基构成。酶的凝胶电泳活性染色发现壳膜NAGase的分子量较内脏的大。等电点pI约为5.65。该酶水解pNP-NAG的最适pH为5.4,最适温度为35℃,酶的稳定性研究表明在温度小于40℃,pH在5.0-10.0较稳定。这些性质与从内脏中分离纯化的NAGase均有差异。伴刀豆蛋白(Con A) sepharose凝胶柱检测该酶并非糖蛋白。
进一步对壳膜NAGase进行研究。该酶在pH5.4的体系中催化水解pNP-NAG的Km为0.247mmol/L。金属离子对酶活力影响结果表明:K+、Na+、Li+、Mg2+对酶活力没有影响;Al3+在较低浓度下对微弱的激活作用;Co2+、Cu2+、Mn2+、Zn2+、Pb2+有不同程度的抑制。Zn2+对该酶有较强的抑制作用,抑制效应为可逆的,抑制类型为非竞争性,其IC50为1.5mmol/L,抑制常数K1为1.56mmo1/L。以荧光发射光谱研究酶经不同浓度Zn2+作用后的分子构象变化。随着Zn2+浓度的增大荧光发射强度减弱,但没有发生红移现象。说明Zn2+与酶结合不导致酶分子构象改变只导致酶活力抑制。
酶活性基团研究结果表明:色氨酸的吲哚基、组氨酸的咪唑基、酸性氨基酸的羧基和赖氨酸的ε-氨基是酶的活性功能基团。半胱氨酸的巯基与酶活力有一定的关系,酶的活力与二硫键及精氨酸残基无关。溴乙酸对酶抑制作用的研究表明抑制效应为可逆的,抑制类型为非竞争性,抑制常数K1为1.56mmol/L。
变性剂SDS对酶有较强的抑制作用,尿素盐酸胍对酶活力也有抑制作用,而Na2EDTA对酶活力没有影响。环境激素类物质DBP,DOP对分离纯化的NAGase活力有抑制作用,但对活体中NAGase影响随计量和时间的变化而不同,其中有一个活力上升的阶段,推测可能是因为类雌激素物质与雌激素受体结合,导致对虾分泌较多的与“生殖蜕壳”相关的蛋白,表现为NAGase活力的增高,并导致对虾正常的生命体征发生改变和死亡率的升高。一定浓度的盐酸甜菜碱对纯化NAGase有抑制作用,抑制效应为可逆的,抑制类型为混合型,对游离酶的抑制常数KI为25.21mmol/L,对酶-底物络合物的抑制常数Kis为73.94mmol/L。对活体中NAGase影响也表现为抑制作用,且对内脏NAGase影响大于壳膜。