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本研究对从紫草种子RadixLethospermiSeed(RLS)中提取超氧化物歧化酶(SOD)的条件进行优化。RLS粗酶液中SOD的比活较低,经硫酸铵沉淀,各种色谱分离技术及固定化金属亲和层析纯化后,对其物化性质进行研究。
Cu-Zn超氧化物歧化酶(Cu/ZnSOD)作为防御氧毒性的关键酶,广泛存在于好氧生物中。紫草种子(RLS)是一种传统中药,本研究从其中提取,纯化SOD并作性质分析。提取前先以超临界萃取法(SCF)去除脂类物质,用(NH4)2SO4和(NH4)2SO4-甲醇法去除粗酶液中的部分杂蛋白。达到最佳沉降率时的(NH4)2SO4含量为(50-70)%(NH4)2SO4。采用四种不同的色谱纯化途径对酶进行纯化,最佳纯化途径依次为:DEAE52离子交换色谱,SephadexG-200凝胶排阻色谱,DEAE-52离子交换色谱。通过此途径获得的纯化Cu/ZnSOD,比活为4843U/mg,纯化267.2倍,产率为23.55%。固定化金属亲和层析(IMAC)作为一种纯化紫草种Cu/Zn超氧化物歧化酶(RLSCu/ZnSOD)的新方法,已经撰文报道。固定化金属铜亲和层析采用多步洗脱的方法,升高、降低pH梯度,并以组氨酸梯度洗脱,获得高纯度的SOD。产率为18.7%,纯化366倍,比活为5368.75U/mg。
蛋白纯度检测手段包括:SOD聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)、高效液相色谱(HPLC)、质谱。纯化的Cu/ZnSOD分子量由SDS-PAGE、SephdexG-100及质谱(MALDI-TOF)确定。研究发现,RLSCu/ZnSOD是一种氰化物敏感型SOD,分子量大小约为32,000,由两个相同的亚基组成,亚基间以非共价键结合,每个亚基含0.93gCu原子及0.79gZn原子,未发现含有铁或锰。紫外吸收光谱与其他植物Cu/ZnSOD类似。该蛋白质由330个氨基酸残基组成,优势氨基酸为甘氨酸、丙氨酸、天冬氨酸及缬氨酸。由傅立叶变换红外光谱(FTIR)测得活性位点处的二级结构组成为:α-螺旋21.34%,β-折叠56.29%,β-转角16.6%,无规则卷曲5.5%。纯化的Cu/ZnSOD的最适pH为7.0。在25℃下pH6.0-9.0及45℃pH7.8的条件下水浴30分钟,酶保持稳定。RLSCu/ZnSOD的热稳定性明显低于其他种类的SOD,60℃时呈现不可逆热失活。差示扫描量热分析(DSC)证实了其低热稳定性。该酶对二硫苏糖醇(DTT),叠氮化钠(NaN3),尿素,乙睛及β-巯基乙醇不敏感,但对氰化物及过氧化氢敏感。在磷酸盐溶液中,pH8.4时的抑制效率高于pH7.8,pH7.8时二价磷酸根离子的抑制效率高于一价氯离子。最后,在有2mM的EDTA和SDS存在下,酶分别失活18%和34%。