蛇毒中乙醯膽鹼酯酶

乙醯膽鹼酯酶存在於某些魚類的電器官的神經組織、動物血清、紅細胞和視網膜中,眼鏡蛇毒和海蛇毒中也含有此酶。關於動物組織中乙醯膽鹼酯酶的純化及其性質的研究已有大量報導和綜述。動物組織或細胞中的乙醯膽鹼酯酶都是以不溶的形式存在。

(―)概述

乙醯膽鹼酯酶存在於某些魚類的電器官的神經組織、動物血清、紅細胞和視網膜中,眼鏡蛇毒和海蛇毒中也含有此酶。由於乙醯膽鹼酯酶在神經傳導方面的重要作用,早在本世紀初期就受到生化工作者的注意。關於動物組織中乙醯膽鹼酯酶的純化及其性質的研究已有大量報導和綜述。動物組織或細胞中的乙醯膽鹼酯酶都是以不溶的形式存在。選取這些酶首先必須把該酶從顆粒上溶解下來,常採用表面活性劑和高鹽溶液處理,但是這樣處理後的酶有些在離開原來體系後有聚合現象,還可能導致酶的細微結構變化。蛇毒中的膽鹼酯酶是一種可溶性的酶,因而對它的純化可免去這些處理,使用更為溫和的手段,對用這種方法純化的酶進行研究可能更接近酶的天然狀態。

蛇毒中的乙醯膽鹼酯酶較先由Iyenger等(1938)在眼鏡蛇毒中發現。以後的研究表明這種酶只在海蛇毒和眼鏡蛇毒中存在,響尾蛇毒和蝰蛇毒中極少有這種酶。Nachman-sohan(1942)發現眼鏡蛇毒顯示的乙醯膽鹼酯酶活性比電鰻組織中該酶活性高100倍。過去曾認為這種酶與眼鏡蛇毒的神經毒性有關,但用電泳法把眼鏡蛇毒和金環蛇毒的膽鹼酯酶與其他組分分開後,發現膽鹼酯酶不再具有神經毒性。現在已知道眼鏡蛇毒的神經毒性由其中的神經毒素引起,與乙醯膽鹼酯酶無關,乙醯膽鹼釀酶的功能還有待於進一步研究。

該酶按下列管道催化乙醯膽鹼酯水解:

CH30CH3

CH3—N+—CH2—CH2—o—c—CH3—-CH3—N+—CH2—CH2—OH+CH3COOH

/

ch3ch3

(二)分離、純化和理化性質

在Iyenger等(1938)在眼鏡蛇毒中發現乙醯膽鹼酯酶後,Zeller等(1948)進一步研究證明這種酶主要存在於眼鏡蛇毒中,而響尾蛇毒和蝰蛇毒中沒有這種酶。人們已經對多種眼鏡蛇的蛇毒中乙醯膽鹼酯酶進行了純化,並研究了它們的物理化學性質,其中包括:金環蛇、銀環蛇、眼鏡蛇丹山亞種(.和眼鏡蛇外裡海亞種。

過去對N.和蛇毒中乙醯膽鹼酯酶的純化多使用Na2S04和(NH4)2S04分步沉澱,後來,Kumar等(1973)用DEAE-Cellulose離子交換和親和層析相結合的方法對該酶進行純化,獲得了純品。Kumar所用的親和膠為聯接有三甲基-(m-氨基苯-)-氯化銨的Sephar0Se4B凝膠,用這種方法純化蛇毒中的乙醯膽鹼酯酶的獲得率高達59%。

5.蛇毒中的酶在2℃〜4℃條件下貯存幾個星期不影響活性,一16°C冰凍保存也穩定。該酶的分子量大約為126000,可被8mol/L尿素(含lmol/LNaCl)分離成兩個大小相同的亞基,說明這個酶是寡聚酶。利用氨甲醯試劑鄰-硝基苯-二甲基氨基甲酸滴定乙醯膽鹼酯酶,發現每個酶分子活性部位有二個,這與上述結果相同;採用負染色電子顯微鏡法觀察從凡蛇毒中分離出的乙醯膽鹼酯酶,發現基本亞基是圓形的,直徑5.0nm,亞基可以聚合形成四聚體,但最經常觀察到的是二聚體。該酶的胺基酸組成已經被分析出來,有趣的是竟與電鰻乙醯膽鹼酯酶的組成相似。從蛇毒中分離出的乙醯膽鹼酯酶的最適pH為8.5,浙江蝮蛇蛇毒中該酶的最適pH為7.5。兩者的最適反應溫度都在38X:〜40'C範圍內。純酶不僅水解乙醯膽鹼,而且水解其他酯類化合物,包括乙醯硫膽鹼(Km=16.6X10_6m0l/L)、乙醯-J3-甲醯膽鹼(516.6umol/L)、丙醯膽鹼(33.l)umol/L)、醋酸苯酯(1.14mmol/L)和靛醋酸苯酯(33.lmmol/L)。該酶較好的底物是乙醯膽鹼,其次是乙醯硫膽鹼。在底物濃度過高時,酶的活性受抑制,也能被DFP毒扁豆堿、咖啡因(咖啡鹼)和嗎啉抑制。三甲基-(m-乙醯苯胺)碘化胺是金環蛇毒乙醯膽鹼酯酶的競爭性抑制劑(Ki=76.7um0l/L)。

我國餘微明等(1981)用親和層析法對浙江眼鏡蛇毒乙醯膽鹼酯酶進行了純化。純化後的酶活力比粗毒提高了440倍,比活力達到230mmol/mg.h。親和吸附劑的製備是以Sepharose4B為載體,己二胺為手臂,(間-羧基苯基)-二甲基乙基碘化銨為配基製成。不同長度的“手臂”對酶的吸附有影響,烷基越長,吸附得越牢,疏水性强的“手臂”對酶的吸附也强。屈賢銘等(1981)對該酶的理化性質進行了研究,發現其反應的最適pH為7.5,反應5min時的最適溫度在38°C〜39€之間,Km值是1.25mol/L,稀酶溶液不穩定,0.1%的白明膠有利於酶的穩定。粗毒和純化後的膽鹼酯酶的底物抑制圖形以及Km值類似,這說明純化過程中酶沒有矯變。分離的酶能被多種有機磷化合物(如DEP、敵敵畏、對氧磷)所抑制,一些氨基甲酸酯和含季銨鹽的化合物也表現出抑制作用。從浙江眼鏡蛇毒中分離出的乙醯膽鹼酯酶是由幾種同工酶組成的,用SephadexG-200凝膠過濾可以把這種酶分成兩個對稱的酶活力峰,而且與蛋白峰完全吻合。用凝膠電泳後經蛋白染色可見3條左右蛋白帶,酶染色可見6條帶。即使兩次親和層析後的製品仍然如此,免疫擴散和免疫電泳也都說明了同一結果。邱雪貞等(1984)證明,這些同工酶並非由於在提純或電泳過程中產生的矯變,而是原來就存在於粗毒中的。實際上,眼鏡蛇科蛇毒乙醯膽鹼酯酶有同工酶早有報導,Lee等人用凝膠電泳法測定從黑唇眼鏡蛇(蛇毒中分離出的乙醯膽鹼酯酶,發現有2條同工酶帶;從眼鏡蛇金環蛇

蛇毒中測有4條同工酶帶,在等電聚焦中分別為8條、10條。這些同工酶分子量相同,只是電荷不同。浙江眼鏡蛇毒無論是蛇毒乾粉或純化得到的酶,在凝膠電泳上都可分離得到6條帶。6條帶之間分子量可能並無顯著差別,而只是電泳行為不同,至於不同形式膽鹼酯酶結構和功能的關係尚待進一步研究。

Tan等(1988)從紫棕烙鐵頭蛇毒中部分純化出一種乙醯膽鹼酯酶。該酶分子量為58600,其活效能被毒扁豆堿和水楊酸鹽强烈抑制。如底物濃度過高,也能部分抑制其活性。紫棕烙鐵頭蛇毒中乙醯膽鹼酯酶的含量不少於0.3%。過去認為響尾蛇毒和蝰蛇毒不含乙醯膽鹼酯酶,Tan等的發現是一種特例。除此之外,Bhat-tacharya和Gaitonde也在鋸鱗蝰蛇毒中發現並部分純化了乙醯膽鹼酯酶。

(三)不同來源乙醯膽鹼酯酶的比較

早期,Mounter等(1951)和Augustinsson等(1951)指出,眼鏡蛇科蛇毒中的膽鹼酯酶類似於動物組織中的乙醯膽鹼酯酶。Kumar等(19731975)以金環蛇蛇毒作為資料、Java等(1976)、Raba等(1979)和Kesvatera等(1979)以外裡海亞種眼鏡蛇蛇毒為資料純化膽鹼酯酶並研究了它們的性質。他們認為蛇毒乙醯膽鹼酯酶的底物專一性與高等動物紅細胞中的酶十分相似,蛇毒酶分子形態則與魚電組織或其他高等動物組織中的酶相似。然而蛇毒酶的分子量小,它的結構顯然比其他動物組織膜上的酶簡單。金環蛇和外裡海亞種眼鏡蛇兩種蛇的蛇毒酶相比較,性質也有不同,例如以乙醯-P-甲基膽鹼作為底物時,金環蛇毒酶不表現底物抑制活性,而眼鏡蛇毒酶則明顯地有底物抑制現象,說明這兩種酶至少在構型方面有差別。餘微明(1981)研究浙江眼鏡蛇的乙醯膽鹼酯酶性質,發現該酶與一些典型的膜乙醯膽鹼酯酶有不少共性。例如水解乙醯膽鹼比水解其他膽鹼酯快,能被某些有機磷、氨基甲酸酯及一些所謂真性酶抑制劑所抑制,酶活力能被高濃度底物抑制。但它是一種非膜的可溶酶,不像膜上的酶容易聚合,與腦中的酶、魚中的酶沒有免疫交叉反應,因而可能具有它獨特的結構特徵,也就是說它們之間沒有共同的抗原决定簇,因而也說明抗原决定簇和酶的活性中心不在同一個部位。抗原抗體絡合後仍能進行酶顯色也說明了抗原决定族和酶活性中心不在酶分子的同一部位。

(四)生理作用

早期有些工作者認為蛇毒中的膽鹼酯酶是蛇毒毒性的主要部分,但並無實驗證據。1960年Yang等用區帶電泳法從臺灣眼鏡蛇等幾種蛇毒中分離出膽鹼酯酶,觀察到具有蛇毒毒性的部分並不是膽鹼酯酶的活性部分,所以他們認為蛇毒的毒性與膽鹼酯酶無關。60年代後期對蛇毒多肽毒素’的分離研究闡明了蛇毒的毒性問題,但是有些工作者仍認為蛇毒中的膽鹼酯酶對蛇毒的毒性有配合和輔助作用。近年來,前蘇聯科學家用CD42抑制外裡海亞種眼鏡蛇毒膽鹼酯酶的活力,發現蛇毒的毒性下降,在蛇毒的神經毒素I中加入膽鹼酯酶能增强蛇毒的毒性。總之,眼鏡蛇科蛇毒中含有非常豐富的膽鹼酯酶,但其生理意義現時尚不明確。屈賢銘等(1兆1)對浙江眼鏡蛇毒生物毒性測定的實驗結果是與

Yang的工作一致的,但也有若干可供探討的地方。在親和層析柱流出液中還含有少量的膽鹼酯酶,是否與蛇毒的毒性有關,有待進一步研究。以純化的膽鹼酯酶腹腔注射4只小白鼠,每只用量為500Mg,4只全部死亡,是膽鹼酯酶本身的毒性,還是在此酶中尚含有其他雜質所致呢?這種雜質是蛇毒的毒素蛋白還是其他的大分子成分呢?這些問題尚待進—步探討。

從眼鏡蛇外裡海亞種蛇毒中發現有乙醯膽鹼酯酶抑制因數,這種因數對乙醯膽鹼酯酶有抑制作用,其活性可以被多種陽離子可逆地抑制,0.06mol/L的Mg2+作用最强。已經知道這種抑制因數就是該蛇毒中的心臟毒素。它雖然能强烈抑制蛇毒中乙醯膽鹼酯酶的活性,但對哺乳動物體內的乙醯膽鹼酯酶沒有影響。

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本文標題: 蛇毒中乙醯膽鹼酯酶
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