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热稳定性酶

   酶的热稳定性是酶的重要属性之一。任何导致酶的空间结构变化的因素都影响酶的热稳定性，包括酶液的pH、缓冲液、离子强度、底物浓度、溶剂等等。热稳定性酶具有提高化学反应速率，简化工艺，降低成本，提高产品质量，活性稳定，耐贮藏等优点。所以寻找热稳定性酶，提高酶的热稳定性一直是生产和科研关注的热点。

    热稳定性酶即耐热酶，它是一类在高温下保温一段时间后，仍能保持一定活性的酶的总称。衡量酶热稳定性强弱的常用方法是用酶活性半衰期的长短来表示。由于各种酶的特性和用途不同，不同的酶使用测定酶活性半衰期的温度不同，需要根据具体情况来定。热稳定性酶通常在50℃有较长的酶活性半衰期[1]。由酶活性半衰期衡量热稳定性酶的耐热性有许多实际意义。例如，科技人员可客观比较不同来源或不同因素处理的同一种酶的热稳定性强弱差异有多大；有利于技术人员制定出酶制剂生产上所必须执行的最高临界温度，超过此温度生产出的酶制剂，其酶活力达不到标准值；能为酶制剂生产商正确标明产品的有效使用期(保质期)提供科学依据，有利于消费者等等。

    目前，工业上应用的热稳定性酶主要是从嗜热微生物和中温微生物发酵提取。嗜热微生物大多生活在堆肥、温泉、火山口，海底火山口水域等高温环境中，体内含有丰富的热稳定性酶。中温微生物在长期的进化中，许多种类对温度的变化有一定的适应性，不少酶在一定条件下表现出较强的热稳定性。表1[2][3][4][5]为几种热稳定性酶在各自最适pH等条件下测定的酶活性半衰期和来源。

    值得提及的是，来源于中温微生物的热稳定性酶往往有一个比较宽的酶作用温度范围或者有一个较高的酶分子稳定的净自由能；而来源于嗜热微生物的热稳定性酶的酶作用温度范围较窄，酶分子稳定的净自由较低[1]。由此可见，不同来源的同一种酶在某一温度下的酶活力并不能简单地按照热稳定性强弱来区分高低。

3 提高酶热稳定性的方法

    酶的种类繁多，结构复杂，影响因子多。不同种类的酶，其热稳定性大小的主要限制因子不同，需要具体对待。(1)底物保护。有底物相伴的酶液，一般热稳定性提高较为明显。如在淀粉水解的整个过程中始终保持着高的淀粉浓度，以利于酶的热稳定和活力的正常发挥；(2)Ca2+等离子对蛋白酶有明显的稳定作用。由真菌生产的碱性蛋白酶，在有0.05MCa2+存在下，37℃时的半衰期由7.5min延长到165min。在Ca2+存在的条件下，几乎一半以上微生物碱性蛋白酶可在65℃维持15min[3]。α-淀粉酶制剂中添加钙、钠盐可以延长保藏期；(3)有机溶剂保护。大多数有机溶剂会降低酶的热稳定性或使酶失活，但甘油、蔗糖、乙二醇溶液往往可增加酶的热稳定性而有利于保藏；(4)酶的化学修饰是增强酶热稳定性的一条重要途径。通过化学修饰可以提高酶分子稳定的净自由能，至于如何修饰，因酶而异。如经氰尿酰氯和对硝基苯碳酸酯活化过的甲氧基聚乙二醇分别对枯草杆菌蛋白酶进行化学修饰，修饰后的酶对温度和pH和稳定性都显著升高[6]。

    热稳定性酶广泛应用在工业上，其中在去污剂工业和淀粉工业上使用的酶，90％是热稳定性酶。

    目前工业上使用的热稳定性酶大多来源于中温微生物。表2中的作用温度有些并非理想的作用温度，如葡萄糖淀粉酶理想的作用温度在80℃左右。要获得较理想的热稳定性酶，还有待于科技人员进一步通过筛选、诱变、蛋白质工程、基因工程等手段获得产热稳定性酶的优良菌株。另外，热稳定性酶在分子生物学领域有重要价值。TapDNA聚合酶，VentTMDNA聚合酶的发现和应用，使多聚酶链式反应(PCR)技术得到迅速发展和广泛应用，有力地推动着生物技术的高速发展。