细菌脲酶蛋白结构与催化机制
2020-12-21贺越赵圣国张晓音郑楠王加启
生物技术通报 2020年12期
关键词:结构
贺越 赵圣国 张晓音,2 郑楠 王加启
(1. 中国农业科学院北京畜牧兽医研究所 动物营养学国家重点实验室,北京 100193;2. 华中农业大学动物科学技术学院,武汉 430070)
脲酶(Urease,EC 3.5.1.5)是一种活性中心含有镍离子的金属酶[1],由许多植物、真菌、细菌和一些无脊椎动物合成[2]。脲酶催化尿素分解产生氨和氨基甲酸酯,后者进一步自发地分解产生氨和碳酸氢盐[3]。动物、植物和微生物能利用脲酶催化产生的氨作为养分,促进自身的代谢生长[4]。例如,在反刍动物生产中,瘤胃微生物利用氨合成微生物蛋白,供给机体利用,同时帮助降低蛋白质饲料成本[5]。但是,脲酶也存在诸多不利的影响。反刍动物瘤胃中的微生物脲酶活性过高会使体内产氨速度大于氨的利用速度,极易引起氨中毒[6-7]。人体内一些致病菌能利用分泌的脲酶对机体产生毒害作用,如人胃中的幽门螺杆菌(Helicobacter pylori)脲酶分解尿素产生氨,致使胃中pH升高,促进幽门螺杆菌的生长繁殖,进而引发与胃肠相关的癌症[8]。由此可见,脲酶所具备的独特生物学功能,对动物养殖、人类健康等方面都具有深远的影响。
不同细菌的脲酶基因簇在组成成分上存在一定的差异,但大部分都由结构基因和辅助基因组成,少部分还包含调节基因。由脲酶基因簇编码的脲酶蛋白也分成结构蛋白和辅助蛋白。细菌脲酶结构蛋白包含活性中心,而没有金属离子与活性中心作用的脲酶结构蛋白处于失活的状态,只有当辅助蛋白协助将金属镍传递到活性中心后,脲酶结构蛋白才被激活,从而起到催化尿素分解的作用[9-10]。……
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