海藻糖對(duì)蛋白的保護(hù)機(jī)理是什么樣的？

海藻糖是一類新興的蛋白保護(hù)劑，可有效保護(hù)蛋白酶在不同條件下的活性，具體保護(hù)機(jī)制已有相關(guān)

研究分析，本篇文章向大家介紹清華大學(xué)楊小民等的研究成果。

該研究通過(guò)測(cè)量海藻糖、葡萄糖、蔗糖、葡聚糖以及纖維素酶與這些糖的混合物的紅外光譜和差示

掃描量熱譜圖，比較糖和纖維素酶分子之間的相互作用，以深入研究海藻糖對(duì)纖維素酶的保護(hù)機(jī)理。

通過(guò)比較糖和纖維素酶及其混合物的紅外（IR）譜圖，判斷海藻糖、葡萄糖和蔗糖原有氫鍵的作用

形式發(fā)生了改變，纖維素酶和糖分子之間形成了氫鍵。而纖維素酶對(duì)葡聚糖的紅外光譜特征頻率

沒有影響，說(shuō)明酶和葡聚糖分子之間沒有明顯的相互作用。此外，紅外譜圖還表明，海藻糖、葡萄糖和蔗糖的羥基與纖維素酶分子的酰胺基之間存在比較強(qiáng)的分子間作用力。

根據(jù)差示掃描量熱譜圖結(jié)果，測(cè)得海藻糖玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為107℃，相轉(zhuǎn)變溫度為123℃，葡聚糖玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為92℃，相轉(zhuǎn)變溫度為132℃。葡萄糖和蔗糖沒有玻璃化轉(zhuǎn)變現(xiàn)象。說(shuō)明海藻糖和葡聚糖都存在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度且溫度較高，其在比較高的溫度下仍可處于玻璃態(tài)。

圖1 海藻糖、葡聚糖、葡萄糖和蔗糖的差示掃描量熱譜圖

差示掃描量熱譜圖顯示，纖維素酶的物理熱變性溫度為120℃，在添加海藻糖之后，物理熱變性溫度

為120℃，在添加海藻糖之后，物理熱變性溫度提高到137℃，添加葡萄糖后該物理熱變性溫度提高到140℃，說(shuō)明海藻糖和葡萄糖同纖維素酶的分子之間存在較強(qiáng)的分子間作用力，且該作用力增加了酶分子空間結(jié)構(gòu)的熱穩(wěn)定性。

圖2 纖維素酶與糖混合物的差示掃描量熱譜圖

綜合以上結(jié)果，葡萄糖和蔗糖在高溫下，其羥基可以替代水分子同纖維素酶分子表面的酰胺基形成氫

鍵，但實(shí)驗(yàn)觀察發(fā)現(xiàn)，高溫下葡萄糖和蔗糖與酶的混合物發(fā)生明顯的褐變現(xiàn)象，說(shuō)明有化學(xué)反應(yīng)發(fā)

生，差示掃描也說(shuō)明葡萄糖和蔗糖在高溫下不能形成玻璃態(tài)，因此高溫下葡萄糖與蔗糖無(wú)法保護(hù)纖維素酶的酶活性。

葡聚糖的羥基不能與纖維素酶分子形成氫鍵，但在高溫下能形成玻璃態(tài)對(duì)酶分子進(jìn)行保護(hù)。

海藻糖的羥基與纖維素酶的酰胺基以氫鍵形式結(jié)合，提高了酶的熱變性溫度。海藻糖分子包裹在酶

分子周圍或填充在酶蛋白分子空間結(jié)構(gòu)內(nèi)，特別是酶活性部位附近，并在酶分子內(nèi)外部形成玻璃態(tài)，

將酶蛋白的空間結(jié)構(gòu)固定住，從而保護(hù)酶活性。相比之下，海藻糖在上述四種糖類中能夠?yàn)槔w維素

蛋白酶提供**的保護(hù)作用。