胡永彬，徐礼生，孙 玥，于巧玲

(1.新宇药业股份有限公司，安徽 宿州 234000；2.宿州学院生物与食品工程学院，安徽 宿州 234000)

γ-谷氨酰转肽酶(γ-glutamyltrainspeptidase,EC2.3.2.2)是一种参与谷氨酰循环的特异性酶。不同生物中的存在位置不同，并且具有一定的特异性。在细菌中γ-谷氨酰转肽酶存在于周质空间或是分泌到胞外环境中[2]；哺乳动物细胞内，γ-谷氨酰转肽酶附着在血浆膜的外表面[3]；在植物细胞中，γ-谷氨酰转肽酶是异源二聚体酶位于非原质体[4-5]。γ-谷氨酰转肽酶是蛋白前体自主催化分裂成的一个大亚基(～40KDa)和一个小亚基(～20KDa)组成[6]，同时大小亚基相结合的转肽活力大大高于各自的转肽活力[7]。γ-谷氨酰转肽酶可催化谷胱甘肽，使其的γ-谷氨酰基断裂，转移至相应的受体分子上[8]，该催化反应有着特异性位点强、不消耗能量等优点，因此在催化合成中有着普遍的应用。目前，利用γ-谷氨酰转肽酶催化已经成功生产了γ-谷氨酰-L-多巴[9]、谷胱甘肽[10]、茶氨酸[11]、γ-谷氨酰-L-牛磺酸[12]、γ-谷氨酰-D-色氨酸[13-14]、γ-谷氨酰-半胱氨酸[15]等。γ-谷氨酰转肽酶固定化不仅提高了pH稳定性和热稳定性，也提高了对产物亲和力[16-19]。同时，γ-谷氨酰转肽酶在临床疾病诊断、食品工业、催化合成药物或药物前体、改变一些物质的溶解度和稳定性等方面也都起到了重要的作用。

1 γ-谷氨酰转肽酶的性质

γ-谷氨酰转肽酶是单独的大亚基(～40KDa)和小亚基(～20KDa)组成的异源二聚体[20-22]。尽管γ-谷氨酰转肽酶的产生部位不同，但其反应原理和特异性催化是类似的。经过相关酶学知识的探究中，Alton Meiste[23]和相关研究人员表明γ-谷氨酰转肽酶对γ-谷氨酰化合物有催化作用。当γ-谷氨酰转肽酶催化合成γ-谷氨酰基化合物时，转肽反应较化学法来说，有显著的优势，对谷氨酸无需基采用基团的保护与脱保护；催化反应时不会产生消旋体；不需要ATP提供能量；在胞外反应，过程不受细胞质的影响。尽管γ-谷氨酰转肽酶在反应过程中受pH影响较大，如pH值6～8时一般为水解反应，转肽反应在发生在pH值8～9。但是在微生物酶催化合成γ-谷氨酰基化合物仍有其优势，该酶在pH大于9.0时依然存在活性，同时还能成功阻止水解反应。来自不同生物体的γ-谷氨酰转肽酶对温度的耐热程度也不相同。于原核生物体内，当过高的温度时γ-谷氨酰转肽酶没有活性，如B.subtilis NX-2的γ-谷氨酰转肽酶，在温度为60℃的情况下，酶快要完全失去活性。于真核生物内，家蚕γ-谷氨酰转肽酶依次保存在50℃水浴中，经过2小时酶活力依然达到正常的91%[24]。

2 γ-谷氨酰转肽酶的作用机理

γ-谷氨酰转肽酶是是生物体内关键酶[25]。γ-谷氨酰转肽酶利用不同的氨基酸(或肽类)提供γ-谷氨酰基的受体[26]。γ-谷氨酰转肽酶的底物结构决定了其催化活性，含有γ-谷氨酰基结构的底物先与γ-谷氨酰转肽酶苏氨酸(第391位)位点的羟基进行转酯化作用，生成中间产物谷氨酰基γ-谷氨酰转肽酶，使底物暴露其氨基[27]。γ-谷氨酰转肽酶基因是多个启动子和多个RNA转录子序列，其产物蛋白相同，这可能与组织特异性和该酶的进化有关[28]。大肠杆菌k-12菌株γ-谷氨酰转肽酶由SUZUKIH等人发现，其成熟过程发生于周质空间[29-32]。

3 γ-谷氨酰转肽酶固定化

固定化酶是指在特定载体或区域上进行固定酶[33]。酶的固定化是在蛋白质固定化的前提下发展而来的。可通过吸附、离子交换、交联、包埋、共价连接物等方法进行酶固定化。酶经过固定化，不仅可以保持酶的活力避免游离酶的存在的不足，从而使酶分子的结构更加稳定；还将其与反应物分离，使得生产过程得到控制；同时，经过固定化后的酶既有较高的产率、又能够被多次使用。在现代生物技术和与之相关的工业化环节中，酶的固定化是一项重要的核心技术。20世纪50年代酶固定化技术开始得到研究，到20世纪60年代后期该项技术急速发展。1970年，我国固定化酶的相关研究也相继展开，首当其冲的是微生物所和上海生化所。紧接着，各个研究单位也都开始着手于固定化酶和固定化细胞的应用研究[34]。近年来，γ-谷氨酰转肽酶的固定化也有了很多的研究成果。重组枯草芽孢杆菌中，γ-谷氨酰转肽酶采用硅烷化改性介孔氧化钛晶须、介孔氧化钛晶须等进行固定，提高了固定化酶耐受性[35-38]。

4 γ-谷氨酰转肽酶的应用

γ-谷氨酰转肽酶在微生物、植物及动物体内普遍存在。来自不同生物体的γ-谷氨酰转肽酶，催化特性却是相似的。γ-谷氨酰转肽酶只特异性催化含γ-谷氨酰的化合物，对生物体内氨基酸的转运有着关键的作用。γ-谷氨酰转肽酶在临床医学诊断上有重要作用，γ-谷氨酰转肽酶是谷胱甘肽代谢过程的关键酶，可特异性催化γ-谷氨酰基的转移反应，在临床上被用来标志肝胆疾病，在肝病和某些脏器疾病的诊断及预后检测中起到显著的作用。如血清γ-谷氨酰转肽酶的含量可以分析肝脏炎症的程度，γ-谷氨酰转肽酶与HbsAg定量检测，以评估两者比值来诊断慢性乙型肝炎病人的肝纤维化程度[39]；监测心血管疾病和心脏病等病症的发生[40-42]；血清γ-谷氨酰转肽酶水平与反应胰岛素抵抗的指标HOMA-C呈正相关，因此γ-谷氨酰转肽酶经过氧化应激机制在糖尿病的发病机制以及临床进展中也意义重大[43]。

γ-谷氨酰转肽酶在催化产生氨基酸衍生物时有关键的作用，枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌和基因工程菌中含有γ-谷氨酰转肽酶，利用微生物发酵法获得该酶，方法简单、产量较高，通过"γ-谷氨酰基化"反应合成了谷胱甘肽、茶氨酸、谷氨酰甲胺等，是γ-谷氨酰转肽酶在生物催化工业生产的优良体现。γ-谷氨酰转肽酶在催化合成药物或药物前体有着重要的作用：利用γ-谷氨酰转肽酶高产菌Bacillus subtilis NX-2发酵产酶得到的γ-D-谷氨酰-L-色氨酸，是一种新型的广谱免疫调节类化合物，可以有效地治疗在肺结核病；运用γ-谷氨酰转肽酶的水解活性，催化合成的7-氨基头孢烷酸是生产头孢菌素的重要原料。此外，γ-谷氨酰转肽酶在改善某些氨基酸的苦味也有着重要的作用，利用-谷氨酰转肽酶合成的苯丙氨酸形成的γ-谷氨酰-苯丙氨酸产生了与柠檬相似的鲜爽酸味，改善了氨基酸的苦味。随着研究的不断深入，利用γ-谷氨酰转肽酶基因工程菌，控制单因素发酵来优化其培养基成分、反应的最适温度、最适pH、金属离子的促进作用，以增加大肠杆菌谷氨酰转肽酶基因工程菌的产量，使得γ-谷氨酰转肽酶的产量扩大，广泛应用到临床诊断、食品工业、催化合成药物或药物前体等方面[44]。

5 展望

γ-谷氨酰转肽酶不仅是生物体内一种重要的关键酶，同时γ-谷氨酰转肽酶作为基因工程菌能高效的催化生成谷胱甘肽、茶氨酸等氨基酸，使其在临床诊断、食品工业、催化合成药物或药物前体等方面起到重要作用，并且通过吸附、离子交换、交联、包埋、共价连接物等方法去实现固定化，提高了酶分子结构的稳定性和氨基酸的产量。随着对γ-谷氨酰胺转肽酶的研究不断深入，γ-谷氨酰转肽酶在工业应用中具有一定价值。