[发明专利]交变电场提高磷酸腺甙水解酶催化活性的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种催化化学反应方法。具体是涉及采用交变电场来提高磷酸腺甙水解酶的催化活性的工艺方法。

背景技术

酶是一种高效的生物催化剂。即使如此，以人工的方法进一步提高酶催化的活性仍然是酶工程所追求的目标，同时也是现代酶学探究酶催化机制的一种重要手段。

研究发现，酶蛋白结构中的结合部位和催化部位并不是刚性的(Hammes-Schiffer S.Biochemistry 2002，41，13335-13343；Eisenmesser EZ，Science 2002，295，1520-1523)。除了蛋白质构象的柔性能够产生许多构象亚态之外，活性部位并不只是由于底物分子的诱导才能与底物分子完美契合的。事实上，在没有底物的情况下，蛋白质的构象就会在不同的亚态之间转换(Eisenmesser EZ，et al.Nature 2005，438，117-121；Huang，Y.P.，et al.Nature 2005，438，36-37)，底物是在这种转换中进出活性部位的。如果在反应体系中外加一个交变电场，底物、产物和蛋白质分子就会沿电场的方向进行极化，并向电极迁移。如果进一步施加交变电场，底物和产物分子就会进行振动运动。当振动频率与进出活性部位的频率接近时就可能促进酶的催化能力。由于电场会对离子产生影响，所以交变电场与各种离子通道及相应生物膜的相互作用是显而易见的(Liu DS，et al.J.Biol.Chem.1990，265，7260-7267；Markin VS.，et al.J.Membr.Biol.1992，126：137-145)。但是，电场对水解酶所存在的影响还尚未得到证实。

另一方面，弱电磁场对生物体的影响与噪声一样可能对公众的健康造成严重的影响(Weaver JC，Astumian RD.Science 1990，247，459-462)。细胞或生物体在长期进化后具备了感受极弱机械振动、电磁周期信号和低浓度化学信使分子的能力，并能够对由这些信号所产生的微小扰动作出响应。这一机制可以用酶蛋白对交变电场的响应作为基础。

发明内容

本发明的目的之一是建立一种改善酶催化环境的方法。

本发明的目的之二是为研究电磁污染的生物效应提供一种化学实验方法。

本发明的目的之三是为研究酶的催化机制提供一种实验方法。

为了达到上述目的，本发明建立了一种适用于在磷酸腺甙水解酶(即三磷酸腺甙/二磷酸腺甙酶)催化下三磷酸腺甙和二磷酸腺甙水解反应的体系，采用交变电场来加快反应速率的工艺方法。

具体工艺如下：

用来源于马铃薯的三磷酸腺甙/二磷酸腺甙酶来考察上述方法。此酶可催化三磷酸腺甙钠的水解，释放二磷酸腺甙和磷酸，进一步的催化则释放单磷酸腺甙和磷酸。通过对反应体系pH值的测量可在线监测磷酸的释放量，从而估算反应进程随时间的变化。

将两个铂电极置于反应体系中，电极连接到函数信号发生器上。调节交变电场的频率在10～10⁶Hz范围内，电场强度1～20V/cm范围内，交变电场的波形为正弦波。体系温度维持在37℃。磷酸的浓度是由酸度计测量体系pH值来推算，每间隔5min测定一次pH值；电刺激持续40min，然后加入酶抑制剂停止反应，并测定终态pH值。

酶水解三磷酸腺甙和二磷酸腺甙生成单磷酸腺甙和磷酸。在常规的酶催化条件下，三磷酸腺甙和二磷酸腺甙的水解是自发进行的。电场并不影响反应的化学平衡。但它将通过与活化能垒的相互作用来改变反应速率。对于底物而言的决速步，活化能垒是处于振荡状态的。