巰基氧化酶

巰基氧化酶（COX.EC1.8.3.2）是一種黑麴黴發酵所產的酶是通過將還原性底物蛋白中的琉基氧化成二硫鍵來獲得有活性功能的蛋白質的，酶活力穩定。ERVI，ALR和ERVZ，Erol等蛋白都是細胞中重要的琉基氧化酶。將其套用於麵製品中，可以專一作用於麵筋中S-H 鍵， 使形成牢固的S-S 鍵，加強麵筋蛋白的連結，從而達到強化麵筋，增強麵筋筋力的作用。

基本介紹

• 中文名：巰基氧化酶
• 外文名：sulfhydryl oxidase

巰基氧化酶家族蛋白的發現

ERVI,ALR和ERVZ,Erol等蛋白都是細胞中重要的琉基氧化酶蛋白(QSOX)。ERVI/ALR結構域的功能是促進其催化作用。Lisowsky和他的同事發現ERVIP蛋白對於酵母細胞的呼吸作用和生殖能力起到很關鍵的作用。隨後發現的ERVlp,ERVZP和肝再生增強蛋白ALR都是分子量較小的具有低琉基氧化酶活性的黃素類蛋白。

雞蛋蛋白中的低濃度的FAD和精囊液中木瓜蛋白酶抑制因子的發現掀起了琉基氧化酶家族研究熱潮，科學家最先在靜息Q6蛋白QSCN6中發現具有硫氧還蛋白和ERVI/ALR融合結構域的蛋白結構,當人類成纖維細胞接近靜息狀態時,這種蛋白受到強烈的正調節作用。2010年Assaf Alon等人得到人源靜息琉基氧化酶截短蛋白HsQSOX的晶體結構(如圖)。QSOX序列中起始是一段信號膚序列,用於穿過內質網並在在哺乳細胞中正確定位,信號膚下游是一個含有CXXC氧化還原基序的硫氧還蛋白結構域TRXI(常見地序列是一種PDI相似結構的WCGHC序列),其後的TRXZ結構域的功能至今仍然沒有得到透徹的研究,在該結構域中不存在CXXC基序。TRXZ之後的sPacer區域中存在較多的螺旋狀結構,該區域序列的是不保守的,在不同的蛋白中具有不同的胺基酸序列。該結構域中與C端ERVI/ALR結構域緊鄰的50個胺基酸殘基序列是科學家研究的興趣所在,因為該部分序列與C.elegans細胞外的高親和性轉運蛋白有35%的相似性,可能這個結構域是未摺疊蛋白底物和多膚類的結合決定因子。

蛋白結構

琉基氧化酶家族蛋白的細胞內定位

這些多結構域的蛋白廣泛分布在各種真核生物中,從最小的真核生物到人類中都存在它們的蹤跡。然而,在真菌和酵母細胞中不存在這些琉基氧化酶,這在一定程度上限制了它們作為氧化摺疊群體受到的廣泛關注。然而,QSOX酶在細胞內相對的豐度,廣泛的分布範圍,強烈的催化反應活性,在體內氧化摺疊系統中催化的多樣性，使得它們作為一種細胞二硫鍵形成必不可少的存在者而受到廣泛的關注。早期的報導表明QSOX蛋白不僅存在於細胞外,例如,精液, 雞蛋白和靜息成纖維細胞上清液中, 還存在於細胞內,對於QSOX在這些不同存在場所的研究也是科學家們很感興趣的工作。在內質網,高爾基體,分泌顆粒和腦下垂體的稠密核心顆粒中也能發現QSOx的存在。琉基氧化酶免疫反應性的發生與哺乳動物翠丸細胞線粒體基質和線粒體都有一定的關聯。QSOX主要定位在細胞核和質膜中。總而言之,QSOX蛋白顯示了一定範圍的細胞定位,這或許能反映出其在不同的細胞類型和組織中發揮細胞內及細胞外的功能。

金屬離子介導的琉基氧化酶

上述疏基氧化酶蛋白是由黃素介導的，除此之外,另一類琉基氧化酶是由金屬離子介導的。第一個被科學家純化的琉基氧化酶是一種在牛脫脂乳中發現的依賴鐵離子的琉基氧化酶。但是這種酶的活性,序列信息和酶學分析還沒有得到準確的研究。臼齒類皮膚細胞中的琉基氧化酶是一種銅離子依賴性的金屬結合酶,但是其序列分析結果表明它是一種QSOX家族的同源物。現在有證據表明氧化態和還原態的琉基氧化酶都能與過渡態金屬離子結合。純化後的鳥類QSOX蛋白暴露在含有低濃度的Cu離子的溶液中可以結合微量的銅。除了能進行非特異性結合之外,一個靠近黃素的獨特的金屬結合位點能在該琉基氧化酶結構域中還原四個電子。用鋅離子作為銅離子的非氧化還原活性的取代物的試驗證明在富含琉基的環境中金屬離子結合蛋白容易受到內部氧化還原平衡的干擾。這種協調作用導致了鳥類QSOX蛋白的失活並且通過黃素介導的CXXC基序的再氧化將鋅離子排除蛋白結構中。這些似乎很偶然的金屬結合位點在生理學上是否有重要意義還不得而知。除了鋅離子可能能直接抑制酶活性之外,近期有報導表明硫酸鋅對嗅上皮細胞的調節作用導致QSOX蛋白表達水平的顯著下降。在一些據說由鼻腔噴霧對上皮的損傷導致的嗅覺喪失症中,鋅離子是鼻腔噴霧的主要成分。有趣的是,在老鼠的SymAilas列陣資料庫中QSOX1在犁鼻骨腺細胞中的表達水平是最高的,而嗅上皮則成為表達量第四高的組織細胞。

琉基氧化酶家族蛋白在食品中的套用

食品中使用的巰基氧化酶是一類由一條多肽鏈結合一個輔基構成的黃素蛋白。結合的輔基可以是FAD 或者 FMN，它們是維生素 B2 的衍生物。早在很早以前知道QSOX 廣泛存在於一些哺乳動物的某些器官中以及某些微生物體內。例如人的皮膚、牛奶、牛的腎臟以及黑麴黴、醬油麴黴等均有巰基氧化酶的存在。但是只有微生物源的巰基氧化酶可以作為麵粉改良劑添加到麵粉中，起到增筋劑的作用。巰基氧化酶的作用機理與葡萄糖氧化酶大致相同，但是特異性更好，巰基氧化酶在氧氣的存在下可特異性地把麵筋蛋白中的巰基（-SH）氧化為二硫鍵（-S-S-）同時產生過氧化氫，過氧化氫作為一種強氧化劑可以繼續氧化剩餘的巰基（-SH）轉化為二硫鍵（-S-S-）。從而增強麵筋蛋白的網路結構，改善麵粉的粉質特性，提高持氣性增大麵製品體積。同時巰基氧化酶催化過程中產生的過氧化氫也可以促進澱粉蛋白質複合大分子的產生，提高持水性，改善麵製品抗老化性。研究表明巰基氧化酶對麵粉的流變學特性及麵團的烘焙性質有明顯的改良作用，能夠增加麵團穩定時間，降低弱化度，提高抗拉伸阻力，改善麵包紋理結構，增大麵包體積，提高麵包抗老化性延長貨架期。有研究表明巰基氧化酶可以和葡萄糖氧化酶複合使用，可產生協同作用而發揮更好的增筋效果。