文献综述

N-乙酰鸟氨酸脱酰基酶（N_aacetylornithine deacetylase,简称NAOase;EC3.5.1.16)是一种较为有效地拆分手性氨基酸的酶。它可以催化乙酰鸟氨基酸转化成乙酸和鸟氨基酸，在大肠杆菌体内的从谷氨酸到精氨酸的生物合成途径中起着重要的作用；在体外亦能催化N-乙酰蛋氨酸、N-乙酰丙氨酸、N-乙酰亮氨酸等其他酰基化的氨基酸^[1-4]。

1 N-乙酰鸟氨酸脱乙酰基酶的来源与作用

1953年，Henry 等阐明了E. coli. 内鸟氨酸的生成途径，即从谷氨酸开始经乙酰谷氨酸、乙酰谷氨酸半醛到乙酰鸟氨酸，乙酰鸟氨酸再脱酰基生成L-鸟氨酸^[5]。

1955年，Henry等从E. coli. ATCC 9637中初步提取了该酶并报道了该酶的部分酶学性质^[6]。后研究发现以产物L-鸟氨酸为原料可以转化生成多聚胺类物质^[7-8]，也可以转甲酰基生成L-瓜氨酸，再经由精氨酰代琥珀酸生成L-精氨酸^[9-10]。在精氨酸的八步酶促反应合成途径中，乙酰鸟氨酸酶催化第五步反应，为精氨酸合成必不可少的关键酶，该酶也被规范命名为N-乙酰鸟氨酸脱酰基酶（N-acetylornithine deacetylase，简称NAOase；EC3.5.1.16）。

1956年，Bonner等人在大肠杆菌中发现了N-乙酰鸟氨酸脱酰基酶的存在。Thierry Meinnel^[11]等报道在E.coli中，argE基因编码的N-乙酰鸟氨酸脱酰基酶能将乙酰鸟氨酸转化成乙酸和鸟氨酸。不同的菌种采用不同的酶催化N-乙酰鸟氨酸脱去乙酰基。Thierry Meinnel^[11]等进行了克隆测序，经分析该基因全长1400 bp，编码42350u的多肽链。经过同源性序列的进化分析，发现此多肽链与三种已知的具有氨基酰化酶活力的酶有很高的序列同源性以及相似的生化性质^[12]

2 金属离子对酶的影响机制及研究现状

酶反应是一切生命活动的生理基础，金属离子大多数处于酶的活性中心部位，其作用方式有^[13]：(1) 在激发和调控过程中作为激发剂或者控制剂。如Ca2＋作为肌肉收缩的触发剂以及激素作用的信使，K＋、Na＋可作为Na＋/ K＋-ATP 酶的激活剂。(2) 在结构的形成和裂解中起作用，包括充当模板。如金属离子及其配合物能对某些蛋白质结构起稳定作用，金属离子影响核酸和核苷酸的结构和功能；(3) 起路易斯酸的作用。镁作为辅基的ATP 酶将ATP 裂解为ADP 和无机磷酸盐。(4) 作为氧化-还原催化剂。Fe、Cu、Co、Mn 等元素作为催化剂时，其离子常作为金属酶的活性中心或辅基起作用，离子的氧化还原变化催化底物的氧化酶发生改变。(5) 金属对酶起抑制作用。

2000年，Farah等根据几种酶的同源性序列比对，根据羧肽酶结构中的金属结合位点以及对鸟氨酸酰化酶工程菌动力学分析结果的基础上，提出该酶的活性中心含有Zn² 和Co² 两种金属离子，由一个水分子将其相连^[14]。2005年，Wade等人从热力学上推断N-乙酰鸟氨酸基酶含有双核的金属活性中心，Zn² 参与形成催化中心，Co² 可维持酶分子构想^[15]。2007年，wade等人运用动力学、热力学、光谱等方法，提出该酶的活性中心含有Mn2 ^[16].2012年，Ye Tao等人研究了ArgE结构中含有一个Mn2 、Zn2 及Co2 和含有两个Mn2 、Zn2 及Co2 对该酶的影响^[17]。2007年，本实验室李环等人以BL21-pET22b-argE为重组菌，研究了分别添加Ni² ,Cu² 等离子及其不同浓度对N-乙酰鸟氨酸脱乙酰基酶的可溶部分酶活的影响。同年还研究了Zn² 添加时间和不同浓度对该酶酶活的影响^[18].从整体来说，对该酶的具体催化机制和三维结构等都需要进一步的研究，目前尚未见发酵优化用于产业化应用的报道，也未见细胞破碎后酶活力的系统数据，国内外对NAOase酶知之甚少，国内研究近似空白。

3 N-乙酰鸟氨基酸脱酰基酶的应用