芶 琳，盧 航，王西瑤，劉曉倩

(1.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)與理學(xué)院，2.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)風(fēng)景園林學(xué)院，3.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院,四川 成都 611130)

酪氨酸酶(EC 1．14．18．1)是一種含銅的金屬氧化酶，廣泛分布于生物體內(nèi)，具有多重生物學(xué)功能，可催化L-酪氨酸(L-Try)羥化生成L-多巴(L-DOPA)，還可催化L-DOPA氧化生成多巴醌，兼有單酚酶和二酚酶的活性，多巴醌再進(jìn)一步反應(yīng)則可形成黑色素[1-2]．酪氨酸酶是生物體黑色素合成的關(guān)鍵酶，昆蟲抗紫外線、果蔬褐變以及人體色素沉著性疾病都與酪氨酸酶的表達(dá)和活性密切相關(guān)[3-6]．抑制酪氨酸酶的活性，有助于控制生物體黑色素的生成．因此，酪氨酸酶抑制劑的篩選受到了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注．酪氨酸酶抑制劑不僅能作為化妝品中的美白成分以及防止果蔬褐變等，還可用于人體色素沉著性疾病藥物的研發(fā)．關(guān)于酪氨酸酶抑制劑的研究已有較多的報(bào)道：杜志云等[7]報(bào)道了姜黃素類化合物及其衍生物作為酪氨酸酶抑制劑；陸珊等[8]研究了曲酸對(duì)酪氨酸酶的抑制；陳清西等[9-12]測(cè)定了3,5-二羥基二苯乙烯、甘醇酸、苯甲酸和VB1等對(duì)酪氨酸酶的抑制作用；汲逢源等[13]的研究表明，培養(yǎng)基中加入硫代硫酸鈉等抗氧化劑能有效地抑制大豆下胚軸在組培過程中褐化發(fā)生．我們以酪氨酸酶為靶酶篩選該酶的抑制劑時(shí)，則發(fā)現(xiàn)硫代硫酸鈉對(duì)酪氨酸酶有抑制作用，且未見相關(guān)報(bào)道．本文以硫代硫酸鈉作為效應(yīng)物,研究其對(duì)酪氨酸酶的抑制作用，分析其量效關(guān)系，并結(jié)合酶動(dòng)力學(xué)方法研究硫代硫酸鈉對(duì)酪氨酸酶的抑制機(jī)理，以期為酪氨酸酶抑制劑分子設(shè)計(jì)和實(shí)際應(yīng)用提供理論依據(jù)．

1 材料與方法

1.1 材 料

蘑菇酪氨酸酶(tyrosinase,比活力 1 000 U/mg)、L-DOPA購自Sigma公司；L-Tyr購自Aldrich化學(xué)公司；硫代硫酸鈉、磷酸鹽等試劑均為國(guó)產(chǎn)分析純．UV-1240 型紫外可見分光光度計(jì)購自SHIMADZU公司．

1.2 方 法

1.2.1 硫代硫酸鈉對(duì)酪氨酸酶單酚酶活力的影響

單酚酶活力測(cè)定[14]，以L-Tyr為底物，在含有不同濃度的硫代硫酸鈉溶液中，加入酪氨酸酶(終質(zhì)量濃度為32 μg/mL)，30 ℃下，測(cè)定波長(zhǎng)為475 nm的吸光值隨時(shí)間的增長(zhǎng)曲線．曲線呈直線關(guān)系后即達(dá)到酶促反應(yīng)的穩(wěn)定態(tài)，此時(shí)直線的斜率即為酪氨酸酶單酚酶穩(wěn)定態(tài)活力，而直線與橫軸的交點(diǎn)則為酶促反應(yīng)的遲滯時(shí)間．

1.2.2 硫代硫酸鈉對(duì)酪氨酸酶二酚酶活力的影響

酪氨酸酶二酚酶活力測(cè)定參考文獻(xiàn)[15]．酶活力測(cè)定體系為1 mL,在50 mmol/L pH 6.8磷酸鹽緩沖液中，以2 mmol/LL-DOPA為底物，加入10 μL 0.4 mg/mL酪氨酸酶溶液，立即混勻，30 ℃恒溫條件下，測(cè)定492 nm波長(zhǎng)的吸光值，以每分鐘吸光值的變化表示其酶活力．

硫代硫酸鈉對(duì)酪氨酸酶二酚酶活力的影響：以L-DOPA為底物，加入不同濃度硫代硫酸鈉溶液(由50 mmol/L，pH 6.8磷酸鹽緩沖液配制的硫代硫酸鈉溶液)，其他條件同上，L-DOPA終濃度為2 mmol/L，磷酸鹽緩沖液終濃度為50 mmol/L，pH 6.8，最后加入10 μL 0.4 mg/mL酪氨酸酶溶液，492 nm波長(zhǎng)下測(cè)定酶的活力．

1.2.3 硫代硫酸鈉對(duì)酪氨酸酶二酚酶的抑制動(dòng)力學(xué)測(cè)定

在上述酶測(cè)活體系中，L-DOPA濃度不變，改變酶濃度，測(cè)定不同濃度的硫代硫酸鈉對(duì)酪氨酸酶活力的影響．測(cè)定酶促反應(yīng)速度與酶濃度的關(guān)系，根據(jù)其相關(guān)性來判斷硫代硫酸鈉對(duì)酪氨酸酶二酚酶活力的抑制是否可逆．

硫代硫酸鈉與酪氨酸酶抑制類型測(cè)定，則在含有不同濃度硫代硫酸鈉的測(cè)活體系中，固定酪氨酸酶的濃度，改變底物L(fēng)-DOPA的濃度，測(cè)定不同濃度硫代硫酸鈉對(duì)酶活力的影響．經(jīng)Lineweaver-Burk 雙倒數(shù)作圖，確定抑制類型．并以截距對(duì)效應(yīng)物濃度再二次作圖，求抑制常數(shù)．

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 硫代硫酸鈉對(duì)酪氨酸酶單酚酶活力的影響

以L-Tyr為底物,測(cè)定不同濃度硫代硫酸鈉對(duì)酪氨酸酶單酚酶活力的影響．結(jié)果顯示(圖1)隨著硫代硫酸鈉濃度的增大，酪氨酸酶單酚酶穩(wěn)態(tài)的速率下降，且遲滯時(shí)間延長(zhǎng)．遲滯時(shí)間和穩(wěn)態(tài)酶活力分別對(duì)硫代硫酸鈉濃度作圖(圖2,3)．25 mmol/L 硫代硫酸鈉可使單酚酶的遲滯時(shí)間從19.3 s 延長(zhǎng)到52.6 s．穩(wěn)態(tài)酶活力隨著硫代硫酸鈉濃度的升高而有所下降．實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明硫代硫酸鈉對(duì)酪氨酸酶單酚酶具有一定的抑制作用．

圖1 硫代硫酸鈉對(duì)酪氨酸酶單酚酶活力的影響Fig.1 Effects of sodium thiosulfate on the monphenolase activity of tyrosinase

圖2 硫代硫酸鈉對(duì)遲滯時(shí)間的影響Fig.2 Effect of sodium thiosulfate on the lag time

圖3 硫代硫酸鈉對(duì)穩(wěn)定態(tài)速率的影響Fig.3 Effect of sodium thiosulfate on the steady state rate

2.2 硫代硫酸鈉對(duì)酪氨酸酶二酚酶活力的影響

以L-DOPA為底物,在含有不同濃度的硫代硫酸鈉的測(cè)活體系中檢測(cè)酶活力，以不加硫代硫酸鈉為對(duì)照，獲得酶的相對(duì)剩余活力．結(jié)果顯示(圖4)，硫代硫酸鈉對(duì)酪氨酸酶有顯著的抑制作用，隨著硫代硫酸鈉濃度的增大,酶活力逐漸下降，硫代硫酸鈉濃度在2.5～15 mmol/L之間，酶活力下降較為明顯，酶活力降至50%時(shí)的抑制劑濃度IC50為8.80 mmol/L．

圖4 硫代硫酸鈉對(duì)酪氨酸酶二酚酶活力的影響Fig.4 Effects of sodium thiosulfate on the diphenolase activity of tyrosinase

2.3 硫代硫酸鈉對(duì)酪氨酸酶的抑制動(dòng)力學(xué)

在測(cè)活體系中，固定底物L(fēng)-DOPA的濃度，改變酪氨酸酶的濃度，測(cè)定不同硫代硫酸鈉濃度下酪氨酸酶的活力．結(jié)果如圖5，酶活力對(duì)酶量作圖為一組經(jīng)過原點(diǎn)的直線，隨著硫代硫酸鈉濃度的增大，直線斜率降低．表明硫代硫酸鈉對(duì)酪氨酸酶的抑制作用屬于可逆性抑制，即酶活力的下降不是通過酶量的減少所致，而是硫代硫酸鈉對(duì)酪氨酸酶的抑制作用的結(jié)果．

圖5 不同硫代硫酸鈉濃度下酪氨酸酶活力和酶量的關(guān)系Fig.5 Effects of concentrations of sodium thiosulfate on the activity of tyrosinase

在含不同濃度硫代硫酸鈉的測(cè)活體系中，測(cè)定酶催化不同濃度的L-DOPA反應(yīng)的速率，經(jīng)Lineweaver-Burk 雙倒數(shù)作圖，得到一組橫軸截距不變的直線(見圖6)．由圖可見，硫代硫酸鈉作為酪氨酸酶的抑制劑，最大反應(yīng)速度(Vm)隨著抑制劑濃度的增大而減小，米氏常數(shù)(Km)值則保持不變，增加底物濃度并不能排除抑制劑對(duì)酶的抑制效應(yīng)，其抑制類型為非競(jìng)爭(zhēng)性．以不同濃度硫代硫酸鈉的1/Vm(intercept)對(duì)抑制劑濃度作圖(圖7)為一條直線,從直線的斜率求得抑制常數(shù)KI，即KI=5.674 mmol/L．

圖6 硫代硫酸鈉對(duì)酪氨酸酶的抑制類型Fig.6 Inhibition type of sodium thiosulfate on tyrosinase

圖7 抑制常數(shù)的測(cè)定Fig.7 Determination of inhibition constant

3 討 論

酪氨酸酶作為生物黑色素形成過程中的關(guān)鍵酶，對(duì)生物黑色素的生成起到了重要的調(diào)控作用．由于果蔬的褐化、昆蟲抗紫外線和皮膚沉著性疾病等都與酪氨酸酶的表達(dá)以及活性相關(guān)．在農(nóng)業(yè)上抑制酪氨酸酶有助于保持果蔬的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)和提高感官品質(zhì)，還可通過酪氨酸酶抑制效應(yīng)物研制抗蟲殺蟲藥物．而在醫(yī)藥上酪氨酸酶抑制劑則可用于預(yù)防和治療皮膚沉著性疾?。酥猓野彼崦敢种苿┻€可作為皮膚美白成分添加到化妝品中．因此篩選和研制有效的酪氨酸酶抑制劑廣受國(guó)內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注．關(guān)于小分子化合物作為酪氨酸酶抑制劑也已有報(bào)道[16]，但硫代硫酸鈉對(duì)酪氨酸酶的抑制作用還未見報(bào)道.本文以硫代硫酸鈉作為效應(yīng)物，探討硫代硫酸鈉對(duì)酪氨酸酶的抑制機(jī)理，經(jīng)酶的抑制動(dòng)力學(xué)研究表明，硫代硫酸鈉對(duì)酪氨酸酶單酚酶和二酚酶均有抑制作用，單酚酶表現(xiàn)為遲滯時(shí)間延長(zhǎng)，與大多數(shù)抑制劑對(duì)酪氨酸酶單酚酶的作用特征相同[17]．對(duì)二酚酶則表現(xiàn)出明顯的效應(yīng)物濃度依賴關(guān)系，抑制作用為可逆非競(jìng)爭(zhēng)性抑制，其特征是Km值不變，Vm陏抑制劑濃度增加而減?。种苿┘饶芘c游離的酶分子結(jié)合，還可以和底物-酶復(fù)合物結(jié)合，抑制劑與酶分子應(yīng)是在酶活性中心以外的區(qū)域結(jié)合，最終由于形成底物-酶-抑制劑三元復(fù)合物而無法分解為產(chǎn)物，從而抑制了酪氨酸酶的催化活性．由此推測(cè)，硫代硫酸鈉與酶分子結(jié)合后，可能誘導(dǎo)酶分子構(gòu)象改變，引起酶活性下降．確切的證據(jù)有待于進(jìn)一步研究．此項(xiàng)研究擴(kuò)充了硫代硫酸鈉的應(yīng)用范圍．作為酪氨酸酶抑制劑，本研究可為研發(fā)新型的酪氨酸酶抑制劑提供依據(jù)．

[1] Sánchez-Ferrer,Rodríguez-López J N,García-Cánovas F,et al.Tyrosinase:a comprehensive review of its mechanism[J].Biochim Biophys Acta,1995,1247:1-11.

[2] K?rner A M,Pawelek J M.Mammalian tyrosinase catalyzes three reactions in the biosynthesis of melanin[J].Science,1982,217:1163-1165.

[3] Kim Y J,Uyama H.Tyrosinase inhibitors from natural and synthetic sources:structure,inhibition mechanism and perspective for the future[J].Cellular and Molecular Life Sciences,2005,62(15):1707-1723.

[4] Rescigno A,Sollai F,Pisu B，et al.Tyrosinase inhibition:general and applied aspects[J].Journal of Enzyme Inhibition and Medicinal Chemistry,2002,17(4):207-218.

[5] Guerrero A,Rosell G.Biorational approaches for insect control by enzymatic inhibition[J].Current Medicinal Chemistry,2005,12(4):461-469.

[6] 陳清西,宋康康.酪氨酸酶的研究進(jìn)展[J].廈門大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版,2006，45 (5):731-737.

[7] 杜志云,徐學(xué)濤,潘文龍，等.姜黃素類化合物及姜黃素衍生物對(duì)酪氨酸酶抑制作用的研究[J].日用化學(xué)工業(yè),2008，38 (3):172-175.

[8] 陸珊,胡源,劉鑫，等.曲酸對(duì)馬鈴薯酪氨酸酶的抑制作用研究[J].化學(xué)研究與應(yīng)用,2005,17(6):729-732.

[9] Song Kang-Kang,Huang Hao,Han Peng,et al.Inhibitory effects of cis-and trans-isomers of 3,5-dihydroxystilbene on the activity of mushroom tyrosinase[J].Biochemical and Biophysical Research Communications,2006,342:1147-1151.

[10] 郭云集,宋康康,李智聰，等.甘醇酸對(duì)蘑菇酪氨酸酶的抑制作用[J].廈門大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版,2008,47(3):383-386.

[11] 劉曉丹，黃璜，陳清西.苯甲酸對(duì)蘑菇酪氨酸酶抑制作用機(jī)理的研究[J].廈門大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版,2003，42 (1):102-106.

[12] 陳桂霞,胡泳華,王偉，等.維生素B1 對(duì)蘑菇酪氨酸酶抑制作用機(jī)理的研究[J].廈門大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版,2010，49 (4):558-560.

[13] 汲逢源，王戈亮，許亦農(nóng).抗氧化劑對(duì)農(nóng)桿菌介導(dǎo)的大豆下胚軸GUS基因瞬時(shí)表達(dá)的影響[J].植物生態(tài)學(xué)報(bào),2006，30 (2):330-334.

[14] Li Z C,Chen L H,Yu X J,et al.Inhibition kinetics of chlorobenzaldehyde thiosemicarbazones on mushroom tyrosinase[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry,2010,58:12537-12540

[15] Gou Lin,Lü Zhirong,Park Daeui,et al.The effect of histidine residue modification on tyrosinase activity and conformation:inhibition kinetics and computational prediction[J].Journal Biomolecular Structure and Dynamics,2008，26(3):395-402.

[16] Lin Yifen,Hu Yonghua,Jia Yulong,et al.Inhibitory effects of naphthols on the activity of mushroom tyrosinase[J].International Journal of Biological Macromolecules,2012,51:32-36.

[17] Kubo I,Chen Q X,Nihei K,et al.Tyrosinase inhibition kinetics of anisic acid[J].Zeitschrift Fur Naturforschung C-A Journal of Biosciences,2003,58(9/10):713-718.