茶树中过氧化氢酶的初步研究

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过氧化氢酶(Catalase, CAT)能够清除植物体内过多的过氧化氢,从而减少其对细胞的过氧化伤害,是植物中极为重要的逆境生理酶。本文对茶树中CAT活力测定的pH、反应时间等条件进行了优化;研究了不同季节、不同品种等条件下茶树CAT活力的变化规律;获得了茶树鲜叶中过氧化氢酶的分离纯化方法,并初步探究了其最适温度、pH等酶学性质。波长为240nm的紫外分光光度法和波长为405nm的钼酸铵比色法用于测定茶树中过氧化氢酶活力是可行的。在以缓冲液、底物和粗酶液组成的反应体系中,过氧化氢含量在240nm波长下、钼酸铵与过氧化氢的络合物的含量在405nm波长下与吸光度呈线性相关。分光光度法较国标规定的高锰酸钾滴定法要简单易行,且相对标准误更小。粗酶液以缓冲液从细胞破碎的鲜叶中进行抽提,在制备过程中,鲜叶的研磨方法对酶活力具有显著影响,匀浆机高速匀浆和手动冰浴研磨酶活力显著高于液氮研磨;离心速率和离心时间对酶活力无显著性影响;聚乙烯吡咯烷酮(PVP)具有极显著的影响,当PVP在鲜叶总重的10%以上时,CAT才能表现出较高的活力,反之,则CAT几乎无活力;若对粗酶液做进一步的除杂,包括过0.45μm滤膜和活性碳吸附,前者将使CAT的活力损失大部分,而后者则使CAT的活力全部消失;酶活力测定过程中,每3mL反应液中加入0.05mL的粗酶液以及0.4mL的过氧化氢底物是最为理想的反应体系,反应时间以不高于5min为佳;缓冲液为PBS或Tris-HCl溶液,离子浓度在0.1~0.2M之间,pH控制在7.2~7.8。以优化后的CAT活力测定方法,对茶树不同条件下CAT活力变化规律进行了研究。在相同地点种植的茶树品种,春季,其新梢的酶活力差异不大,而到了夏季,不同品种间的CAT活力的差异性变大,进入秋季,CAT活力普遍维持在较高水平,此时差异性又再次减小;不同季节,同一品种的茶树过氧化氢酶活力差异变化显著;总体上生长在主干的鲜叶,其CAT活力要高于新生枝条上的鲜叶,而在同一枝条上,位于枝条中间的鲜叶,其CAT活力要高于位于枝条两端的鲜叶;刚采下来的茶树鲜叶酶活力约在185U/g,而在摊放2h之后,其酶活力上升了30%,而随着摊放时间的进一步延长至四小时,酶活力急剧下降,随后酶活力一直低于初始活力,并在24h之内一直稳定在100U/g左右。通过硫酸铵分级沉淀和Sephacryl S-200HR凝胶树脂柱层析后,茶树鲜叶中CAT比活力提高了48.58倍。酶活力回收率达到了33.19%。通过SDS-PAGE分析,该样品达到电泳纯。茶树鲜叶中CAT亚基蛋白分子量为50.9kD,Km为7.6mmol/L,最适反应温度为36℃,最适反应pH为7.4。茶树中CAT的耐热性较好,50℃时,短时间内,茶树CAT活力略有下降,当孵育时间达到60min时,CAT活力还剩56.3%;70℃时,茶树CAT酶活力在10min后还剩33.4%,而在1h后,酶活力低于10%,90℃条件下孵育10min则完全失活。对酸碱的耐受性表现为对碱性的耐受性要强于对酸性的耐受性。在pH10.0和pH9.0的缓冲液中孵育60min后,酶活力仍然分别保持了14.5%和37.3%;而pH为6.0、5.0、4.0时,孵育60min中后,酶活力则仅保持了15.7%、3.6%、3.6%。对不同的抑制剂和激活剂的研究结果表明:不同的有机溶剂,对茶树中CAT活力的影响效果是不一样,甲醇只有在较高浓度时,才能对茶树CAT活力产生抑制作用,而乙醇在较低浓度即对茶树CAT活力产生了抑制作用。不同化合物对茶树CAT活力的影响是不同的,较低浓度的十二烷基硫酸钠(SDS)即可使茶树CAT大量失活;乙二胺四乙酸(EDTA)浓度在10-30mmol/L范围内,CAT活力损失量与EDTA添加量呈正相关,EDTA含量继续增加,CAT活力不再下降;尿素对茶树CAT的影响相对较小,CAT酶活力始终保持在50%左右,未出现较大波动。金属离子对茶树CAT活力的影响同样表现出极大的差异性。Co2+、Zn2+对茶树CAT活力起着激活的作用;K+、Mg2+对茶树CAT活力的影响并不明显;Mn2+和Ca2+对茶树CAT活力的影响随着离子浓度的上升抑制作用逐渐增强;在含量仅为1mmol/L Cu2+溶液作用下,CAT活力已经丧失殆尽。本研究为茶树逆境生理及茶树中过氧化氢酶的进一步应用奠定了基础。
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