1、一.超氧化物歧化酶(SOD):超氧化物歧化酶，是一种新型酶制剂，是生物体内重要的抗氧化酶，广泛分布于各种生物体内，如动物，植物，微生物等。SOD具有特殊的生理活性，是生物体内清除自由基的首要物质。SOD 在生物体内的水平高低意味着衰老与死亡的直观指标；现已证实，由氧自由基引发的疾病多达 60 多种。它可对抗与阻断因氧自由基对细胞造成的损害，并及时修复受损细胞。由于现代生活压力，环境污染，各种辐射和超量运动都会造成氧自由基大量形成；因此，生物抗氧化机制中 SOD 的地位越来越重要！超氧化物歧化酶(SOD)按其所含金属辅基不同可分为三种，第一种是含铜（Cu）锌（Zn）金属辅基的称（Cu.ZnSOD
2、） ，最为常见的一种酶，呈绿色，主要存在于机体细胞浆中；第二种是含锰（Mn）金属辅基的称（MnSOD） ，呈紫色，存在于真核细胞的线粒体和原核细胞内；第三种是含铁（Fe）金属辅基的称（FeSOD） ，呈黄褐色，存在于原核细胞中。SOD 是一种含有金属元素的活性蛋白酶。超氧化物岐化酶（SOD）能催化如下的反应：O 2-+H+H 2O2+O2，O 2-称为超氧阴离子自由基，是生物体多种生理反应中自然生成的中间产物。它是活性氧的一种，具有极强的氧化能力，是生物氧毒害的重要因素之一。SOD是机体内天然存在的超氧自由基清除因子，它通过上述反应可以把有害的超氧自由基转化为过氧化氢。尽管过氧化氢仍是对机体有
3、害的活性氧，但体内的过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶（POD）会立即将其分解为完全无害的水。这样，三种酶便组成了一个完整的防氧化链条。目前，人们认为自由基（也称游离基）与绝大部分疾病以及人体的衰老有关。所谓的自由基就是当机体进行代谢时，能夺去氧的一个电子，这样这个氧原子就变成自由基。自由基很不稳定，它要在身体组织细胞的分子中再夺取电子来使自己配对，当细胞分子推陈出新一个电子后，它也变成自由基，又要去抢夺细胞膜或细胞核分子中的电子，这样又称会产生新的自由基。如，超氧化物阴离子自由基、羟自由基、氢自由基和甲基自由基，等等。在细胞由于自由基非常活泼，化学反应性极强，参与一系列的连锁反应，能引起细胞生
4、物膜上的脂质过氧化，破坏了膜的结构和功能。它能引起蛋白质变性和交联，使体内的许多酶及激素失去生物活性，机体的免疫能力、神经反射能力、运动能力等系统活力降低，同时还能破坏核酸结构和导致整个机体代谢失常等，最终使机体发生病变。因此，自由基作为人体垃圾，能够促使某些疾病的发生和机体的衰老。虽然自由基会对机体产生诸多危害，但是在一般的条件下人体细胞内也存在着清除自由基、抑制自由基反应的体系，它们有的属于抗氧化酶类，有的属于抗氧化剂。像 SOD 就是一种主要的抗氧化酶，能清除超氧化物自由基，在防御氧的毒性、抑制老年疾病以及预防衰老等方面起着重要作用。SOD 能专一地清除体内有害的自由基，以解除自由基氧化
5、体内的某些组成成分而造成的机体损害。如氧中毒、急性炎症、水肿、自身免疫性疾病、辐射病等疾病都与活性氧的毒性有关。实验证明，SOD 能够清除自由基，因此可消除上述疾病的病因。此解毒反应过程是两步：第一步是，作为有害物质的超氧阴离子在 SOD 的作用下和氢离子反应，生成另一种物质过氧化氢；第二步是，过氧化氢又在过氧化氢酶的作用下和氢离子反应，最终生成了一种对人体无害的物质水。SOD 的应用领域很广，主要分为两大类，一是药物类，主要集中在炎症病患者，尤其治疗类风湿关节炎、慢性多发性关节炎、心肌梗塞、心血管病、肿瘤患者以及放射性治疗炎症病患者；二是生化制药，作为一种生化酶制剂，广泛应用于临床和科研上，
6、可抗衰老，抗肿瘤、调节人体内分泌系统。并且 SOD 属于人体内自身就含有的一种抗氧化酶， （如蛋白酶、唾液淀粉酶等都属于酶类） ，而抗氧化剂是一种单线补充。酶参与人体化学反应，所有的新陈代谢都有酶类参与，所以它的起效和吸收是建立在人体化学反应上的，而抗氧化剂真正生物利用率低，需要在体内进行转化后才能被人体吸收利用，所以相同剂量的酶和抗氧化剂，酶的效果高于抗氧化剂的1000 倍以上。故而其有着很好的应用价值，其中在人体化学上的应用有：抑制心脑血管疾病(机体的衰老与体内氧自由基的产生与积累密切相关，SOD 可清除人体内过多的有害的氧自由，是对健康的有益的功效成分。具有调节血脂的保健作用，可预防动脉
7、粥样硬化，预防高血脂引起的心脑血管疾病。降低脂质过氧化物的含量)、抗衰老(年龄的增长和某些体外因素会造成机体和皮肤组织自由基产生超过机体正常清除自由基的的能力，从而使皮肤组织造成伤害，导致衰老。由于 SOD 能够清除自由基，因而可以延缓衰老。人之所以会衰老，老化迹象一点一滴出观，如色素沉淀、体力衰退、是因为体内产生氧化作用，所谓“氧化作用”就类似于生锈，抗氧化剂的补充有助于降低氧化的速度，减慢衰老的脚步)、防治自身免疫性疾病(SOD 对各类自身免疫性疾病都有一定的疗效。如红斑狼疮、硬皮病、皮肌炎等。对于类风湿关节炎患者应在急性期病变未形成前使用，疗效较好)、辐射病及辐射防护(该品可用来治疗因放
8、疗引起的膀胱炎、皮肌炎、红斑狼疮及白细胞减少等疾病，对有可能受到电离辐射的人员，也可注射 SOD 作为预防措施)、预防慢性病、抗疲劳(过多的自由基在体内残存，就犹如毒素蓄积在体内一样，会让人容易疲劳、厌倦、注意力不集中、常常昏昏沉沉、打哈欠。SOD 对上班族熬夜加班、学生应付考试所产生的疲劳，在提振精神及集中注意力方面成效显著，有助于工作绩效的提升，及考试成绩的进步)、消除副作用。二.过氧化物酶(POD):过氧化物酶广泛存在于植物体中，是活性较高的一种酶。它与呼吸作用、光合作用及生长素的氧化等都有关系。在植物生长过程中它的活性不断发生变化。一般老化组织中活性较高，幼嫩组织中活性较弱。这是因为过
9、氧化物酶能使组织中所含的某些碳水化合物转化为木质素，增加木质化程度，而且发现早衰减产的水稻根系中过氧化物酶的活性增加，所以过氧化物酶可作为组织老化的一种生理指标。三过氧化氢酶(CAT)：过氧化氢酶，是催化过氧化氢分解成氧和水的酶，存在于细胞的过氧化物体内。过氧化氢酶是过氧化物酶体的标志酶, 约占过氧化物酶体酶总量的 40%。过氧化氢酶存在于所有已知的动物的各个组织中，特别在肝脏中以高浓度存在。过氧化氢酶在食品工业中被用于除去用于制造奶酪的牛奶中的过氧化氢。过氧化氢酶也被用于食品包装，防止食物被氧化。过氧化氢酶存在于红细胞及某些组织内的过氧化体中，它的主要作用就是催化 H2O2分解为 H2O 与
10、 O2，使得 H2O2不至于与 O2在铁螯合物作用下反应生成非常有害的-OH；它还具有的作用是使过氧化氢还原成水： 2H 2O2= O2+2H 2O。过氧化氢酶（CAT）是一种酶类清除剂，又称为触酶，是以铁卟啉为辅基的结合酶。它可促使 H2O2分解为分子氧和水，清除体内的过氧化氢，从而使细胞免于遭受 H2O2的毒害，是生物防御体系的关键酶之一。CAT 作用于过氧化氢的机理实质上是 H2O2的歧化，必须有两个 H2O2先后与 CAT 相遇且碰撞在活性中心上，才能发生反应。H2O2浓度越高，分解速度越快。不仅如此，它还是一种稳定的过氧化氢分解酶，能将过氧化氢分解成水和氧气，而对纤维和染料没有影响，
11、因而漂白后染色前，通过 H2O2分解酶去除漂白织物上和染缸中残留的过氧化氢，以避免纤维的进一步氧化和染色时染料的氧化。同时能缩短加工时间，减少水洗用水，降低废水量。尤其对纱线、筒子纱和针织物更为适用。同样，过氧化氢分解酶随 pH 值和温度的改变，其活力随之变化，在 pH7 左右和 3040 活性最大。过氧化氢浓度增大，会加快分解反应速度，但必须注意当浓度大于一定量时，酶的作用将减弱，这样过多的残留 H2O2 对纤维和染料是不利的。所以不能因为有了H2O2分解酶，就能任意地加大 H2O2的用量。使用时，通常要注意H2O2分解酶对常用表面活性剂和 H2O2稳定剂的相容性，实际生产应用 pH 为 6
12、8，温度 2055 ，酶用量 510KCLU/ 升，时间1020min，对提高活性染料色泽鲜艳度很有利。几乎所有的生物机体都存在过氧化氢酶。其普遍存在于能呼吸的生物体内，主要存在于植物的叶绿体、线粒体、内质网、动物的肝和红细胞中，其酶促活性为机体提供了抗氧化防御机理。CAT 是红血素酶，不同的来源有不同的结构。在不同的组织中其活性水平高低不同。过氧化氢在肝脏中分解速度比在脑或心脏等器官快，就是因为肝中的 CAT 含量水平高。四多酚氧化酶(PPO):多酚氧化酶（PPO）是自然界中分布极广的一种金属蛋白酶，普遍存在于植物、真菌、昆虫的质体中，甚至在土壤中腐烂的植物残渣上都可以检测到多酚氧化酶的活性
13、。其又称儿茶酚氧化酶，酪氨酸酶，苯酚酶，甲酚酶，邻苯二酚氧化还原酶，是六大类酶中的第一大类氧化还原酶。它的共同特征是能够通过分子氧化酚或多酚形成对应的醌。在广义上，多酚氧化酶可分为三大类：单酚单氧化酶（酪氨酸酶 tyrosinase,EC.1.14.18.1） 、双酚氧化酶（儿茶酚氧化酶 catechol oxidse,EC.1.10.3.2）和漆酶（laccase,EC.1.10.3.1） 。在这三大类多酚氧化酶中，儿茶酚酶主要分布在植物中，微生物中的多酚氧化酶主要包括漆酶和酪氨酸酶。现在大部分文献所说的多酚氧化酶一般是儿茶酚氧化酶和漆酶的统称。高等植物组织发生褐变主要是 PPO 活动的结果
14、。PPO 催化单酚羟基化为邻二酚，二羟酚氧化为邻醌。醌聚合并与细胞内蛋白质的氨基酸反应，结果发生黑色或褐色色素沉淀，最终导致水果、蔬菜等经济作物营养丢失和经济损失。PPO 作为一种氧化还原酶还在光合作用中发挥作用。如调节叶绿体中有害的光氧化反应速度，参与其中电子传递；PPO 还可促进伤口的愈合。也可增加植物对病原体的抗性。如烟草对炭疽病、黄瓜对黑星病、苹果对轮纹病、棉苗对枯萎病菌、水稻对自叶枯病菌和细菌性条斑病以及番茄对小昆虫的抗性等。PPO 与水果和作物的褐变有关，为了防止水果褐变保持水果的新鲜性，生产上运用多种方法来降低水果中的 PPO 含量，例如涂以抗坏血酸、柠檬酸为主剂的复合护色剂等。
15、在植物（如苹果、荔枝、菠菜、马铃薯、豆类、茶叶、桑叶、烟草等）组织中，PPO 是与内囊体膜结合在一起的，天然状态无活性，但将组织匀浆或损伤后 PPO 被活化，从而表现出活性。在果蔬细胞组织中，PPO 存在的位置因原料的种类、品种及成熟度的不同而有差异，绿叶中 PPO 活性大部分存在于叶绿体内7；马铃薯块茎中几乎所有的亚细胞部分都含有 PPO，含量大约与蛋白质部分相同8；在茶叶中的 PPO 分为游离态和束缚态，前者主要存在于细胞液中属可溶态 PPO，而后者则主要存在于叶绿体、线粒体等细胞器中，与这些细胞器的膜系统或其他特异部位结合呈不溶态9，ThanarajS.N.（1990）研究了茶树新梢中
16、PPO 活性及多酚含量对红茶品质的影响，发现 PPO 活性强，多酚含量高，对红茶品质有利，相反则利于绿茶的生产；新鲜的苹果中，多酚氧化酶几乎全部存在于叶绿体和线粒体中。从这两部分分别制备的 PPO，其底物专一性稍有差异。刘乾刚认为，PPO 在细胞内除了存在于叶绿体及线粒体上外，细胞壁也可能存在 PPO，且对发酵产生影响，细胞只要轻微破损便有 PPO 的作用。多酚氧化酶是一种质体酶，有些研究人员认为多酚氧化酶可能仅存在于质体中，缺乏质体的组织就不存在多酚氧化酶，例如筛管和筛胞等，但是有质体的组织也可能没有多酚氧化酶，如 C4 植物叶。含有质体的植物组织不一定都存在多酚氧化酶，而多酚氧化酶一定在含
17、有质体的植物组织中。五苯丙氨酸解氨酶(PAL):苯丙氨酸解氨酶(PAL)广泛存在于各种植物和少数微生物中,是植物体内次生代谢的关键酶和限速酶,在微生物中可催化 L-苯丙氨酸脱氨生成肉桂酸和氨。纯化后的 PAL 可以用于治疗某些肿瘤,监控苯丙酮尿患者血浆中的苯丙氨酸含量,治疗苯丙酮尿患者,但其主要用途是催化反式肉桂酸转化合成 L-苯丙氨酸。L-苯丙氨酸是合成阿斯巴甜的主要原料,随着阿斯巴甜的全球热销和反式肉桂酸生产成本的降低,利用 PAL 转化反式肉桂酸合成 L-苯丙氨酸的方法成为当前生物化工领域研究的热点。PAL 存在于所有绿色植物中,已从水稻、小麦、玉米等多种植物中得到分离纯化。真菌和藻类细
18、胞中也存在 PAL,近期一些研究人员在研究一种原核生物 Streptomycesmaritimus 时发现其含有 PAL。植物体内的 PAL 主要分布在表皮下的细胞和微管组织细胞中,组织印迹显示 PAL 的 mRNA 常出现在表皮和微管附近的组织细胞中。在亚细胞水平上,PAL 主要分布在细胞质和线粒体、叶绿体与乙醛酸体等细胞器中。Nakushima 等通过电镜技术对细胞亚显微结构进行研究显示 PAL 分散在细胞的基质,存在于高尔基体囊泡和次生壁加厚层中。PAL 是一种寡聚酶,分子量一般在 220330kDa,是一种酸性蛋白。酶蛋白是由四个亚基组成,多数 PAL 有均一的亚基,分子量在5588k
19、Da。PAL 亚基间的结合是非常牢固的,要把其亚基分开需要高浓度的尿素、氯化胍或 SDS-巯基乙醇。PAL 的亚基被破坏后,进行复性是非常困难的。不同生物体内的 PAL 最适 pH 不同,一般介于8.09.5 之间。除红酵母的 PAL 在底物为 NH4+时的酶促反应符合经典的米氏方程外,大多数生物的 PAL 动力学曲线不遵循米氏方程。各种来源的 PAL 的米氏常数(Km)不同,为 10-410 -2mmol/L 之间。PAL具有别构酶的特点,是一种典型的胞内诱导酶。研究表明,在培养细胞中加入诱导物时,PAL 基因的转录活性增高。L-苯丙氨酸和 L-酪氨酸或某些结构类似物可诱导其从头合成。对植物
20、 PAL 的特性及其作用研究报道较多,自 1961 年,Koukol等首先从绿色植物中发现并提取分离了苯丙氨酸解氨酶。随后对PAL 的研究迅速展开,植物 PAL 是连接初级代谢和苯丙烷类代谢、催化苯丙烷类代谢第一步反应的酶,是苯丙烷类代谢途径中研究最多的酶。苯丙烷类途径可生成反式肉桂酸、香豆酸、阿魏酸、芥子酸等中间产物,这些中间产物可进一步转化为香豆素、绿原酸,也可形成反式香豆酰辅酶 A 酯,再通过多条途径进一步转化为木质素、黄酮、异黄酮、生物碱、苯甲酸酯糖苷等次生代谢产物。这些产物在植物的生长发育过程中起着重要的作用,而这些物质的含量总是与 PAL 的活性密切相关,所以 PAL 对植物有着非常重要的生理意义。由此 PAL在植物中主要有参与植物抗病、抗虫害、抗逆境的作用。
