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推荐理由
阿魏酸酯酶是属于羧酸酯酶家族的丝氨酸酯酶，作用于植物细胞壁中羟基肉桂酸和半纤维素之间的酯键。为了利用木质纤维素，需要使用各种物理和生物化学方法对其进行处理。但是木质素不溶于水，在溶解过程中需要在高温下加入强碱或使用有机溶剂。有机溶剂可以提高酯酶的热稳定性，减少水依赖性的副反应和消除微生物污染。本文作者研究了有机溶剂二甲基亚砜(DMSO)对三种真菌阿魏酸酯酶以及一种多酶制剂活性的影响，并对有机溶剂的使用浓度提出合理的建议。
主要观点
1.以阿魏酸甲酯(MFA)为底物检测不同浓度有机溶剂对AnFaeA、NcFaeB、TsFaeC和Ultraflo酶活性的影响，结果显示，在1,4-二氧六环和丙酮中，所有酶活性都受到抑制，但在低浓度DMSO中TsFaeC和Ultraflo的活性提高(Fig.1)。活性降低的原因可能是稳定过渡态的能力减弱或者结构发生发生了改变（例如氧阴离子孔取向改变）。所以不同的酯酶在有机溶剂中活性有所差异的原因不是底物在有机溶剂中溶解度发生了改变，而是不同酶的活性中心发生了不同的变化。
Fig. 1. Effect of (a) DMSO, (b) acetone, or (c) 1,4-dioxane on the activity of the feruloyl esterases from A. niger (AnFaeA), N. crassa (NcFaeB) and T. stipitatus (TsFaeC), and the commercial multi-enzyme preparation, Ultraflo, against MFA. Values are expressed as the percentage of residual activity against the percentage of organic co-solvent.
2.酒精溶剂(例如甲醇、乙醇和丙醇)也对阿魏酸酯酶水解MFA的活性具有抑制作用(Fig.2)，2%(v/v)的甲醇和乙醇对TsFaeC有轻微促进作用，但通常情况下，醇会降低阿魏酸酯酶的水解效率。
Fig. 2. Effect of methanol, ethanol and propanol on the activity of the feruloyl esterases from A. niger (AnFaeA) and T. stipitatus (TsFaeC) against MFA. Values are expressed as the percentage of residual activity against the percentage of organic co-solvent.
3.在不同浓度DMSO和丙酮中，以对香豆酸甲酯(MpCA)为底物对NcFaeB，TsFaeC和Ultraflo的酶活进行测定。Ultraflo可以在高达40%DMSO或30%丙酮的条件下保持高活性，NcFaeB可在25%DMSO下保持高活性，但在丙酮中活性降低，TsFaeC在DMSO和丙酮中活性均被抑制(Fig.3)。
Fig. 3. Effect of (a) DMSO and (b) acetone on the activity of the feruloyl esterases from N. crassa (NcFaeB) and T. stipitatus (TsFaeC), and the commercial multi-enzyme preparation, Ultraflo, against MpCA. Values are expressed as the percentage of residual activity against the percentage of organic co-solvent.
4.在不同浓度DMSO中，以模式底物对硝基苯乙酸酯对四种酶的酶活进行测定，低浓度DMSO(≤15%v/v)条件下，四种酶的活性均有提高，其中AnFaeA的活性提高较大，即使在40%DMSO下也没有任何抑制作用。所以，以对硝基苯乙酸酯为底物时，酯酶在有机溶剂下更稳定。
Fig. 4. Effect of DMSO on the hydrolysis of p-nitrophenyl acetate by the feruloyl esterases from A. niger (AnFaeA), N. crassa (NcFaeB) and T. stipitatus (TsFaeC), and the commercial multi-enzyme preparation, Ultraflo. Values are expressed as the percentage of residual activity against the percentage of organic co-solvent.
5.在水性溶剂中，酶具有更好的构象流动性以促进催化作用，而有机溶剂则缺乏形成氢键的能力。为了确定有机溶剂对酶的影响是否是由于粘度增加引起的，在TsFaeC酶解MFA和MpCA的反应体系中入甘油，使得酶活力显著降低，但效果不如DMSO和丙酮强。且不同底物对溶剂影响的承受能力也不同，例如与添加50%甘油的MFA相比，添加30%甘油的MpCA活性降低更快(Fig.5)。
Fig. 5. Effect of solvent concentration on the activity of the T. stipitatus feruloyl esterase (TsFaeC) on methyl ferulate (a) and methyl p-coumarate (b). Values are expressed as the percentage of residual activity against the percentage of organic co-solvent.
6.为了确定有机溶剂是否对活性位点构象有影响，在0-15%DMSO中，以MFA和MpCA为底物测定了TsFaeC的动力学参数。结果显示，Km和Vmax均随DMSO的浓度增加而增加，表明尽管有机溶剂提高了反应速率，但随着溶剂浓度的增加竞争性抑制作用增强。
作者信息
本文通讯作者及第一作者为来自西班牙高级科学研究委员会（CSIC）生物研究中心的Craig B. Faulds，本研究得到了LIGNODECO (KBBE-3-244362)项目的支持。
Title：Influence of organic co-solvents on the activity and substrate specificity of feruloyl esterases
<Bioresource Technology>
IF:6.669
原文链接：
http://dx.doi.org/10.1016/j.biortech.2011.01.088
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