海藻糖對生物酶制劑中反應中激活劑與穩定劑

溫度是影響酶反應效率的重點因素之一，高溫能提高酶的催化活力，但易使酶失活。耐熱酶的發現為分子生物學帶來巨大的進步，如PCR和連接酶鏈式反應的產生，目前局限于從一些耐熱菌中分離得到耐熱酶，而且酶催化反應類型也受到限制。研究發現海藻糖在高溫下能保持酶的正常活性，甚至起熱激活作用，還能用于提高干燥保存的酶的活性。在反應體系中加入海藻糖，使熱敏感的酶在高溫下穩定性和活性增加，可當作耐熱酶使用，海藻糖的這一作用在生物藥學和工業生產領域具有廣泛的應用價值。 未加海藻糖的限制性內切酶Nocl在溫度由45℃升到50℃時失活，加了海藻糖時酶不但不失活而且活力繼續升高，說明海藻糖能抑制高溫下酶的失活；37℃時海藻糖能夠激活DNasel，加了海藻糖，溫度升到50℃時酶活力仍顯著升高；豬的胰脂肪酶在無水海藻糖介質中可以耐受100℃高溫，有水時則會失活。有實驗表明海藻糖通過影響蛋白水合作用來穩定和激活蛋白，它可以降低溶液中蛋白質的水化作用，干燥時則能取代水或作為玻璃樣穩定劑。海藻糖能阻止酶發生不可逆的熱凝聚-熱變性，與分子伴侶的功能相類似，實驗中將一些分子伴侶與海藻糖共同使用，能進一步擴大對酶具有熱穩定和熱激活作用的溫度范圍。另外海藻糖并不是對檢測的所有酶都有熱穩定和熱激活的作用，說明只有一些蛋白可能具有海藻糖識別和作用的位點。 獲得全長cDNA文庫，有利于分子和全長cDNA測序，反轉錄反應是構建cDNA文庫的重要反應，mRNA的二級結構能夠終止反轉錄反應，釋放mRNA/非互補cDNA雜合體，導致合成全長cDNA效率很低，這是構建高質量的cDNA文庫主要的問題。以前解決這一問題主要是在反應前使樣品變性，如熱變性、加氫氧化甲基汞處理mRNA等或者反應中提高反應溫度。前一類方法對破壞mRNA二級結構效果不佳，特別是從長轉錄產物獲得全長的cDNA，而后者雖然對破壞mRNA二級結構比較有用，但除了TchDNA聚合酶外，其它反轉錄酶者不耐熱，而TchDNA聚合酶催化反應需Mn2+，這容易造成mRNA在反應前就降解了。實驗證明海藻糖能使鼠白血病病毒逆轉錄酶具有熱穩定和熱激活特性，酶在60℃仍具有全部活性，足以在mRNA二級結構誘導終止反應之前合成全長的cDNA，反應效率大大提高。另外推測海藻糖可能具有改變核酸構型的作用，例如減少反轉錄反應中mRNA的二級結構。 生產中利用海藻糖熱穩定和熱激活的雙重功能，可以減少酶的用量和提高反應速率，提高消耗/產出和時間/產出比值，在一系列酶反應中都有很大潛力，如生化反應、診斷或工業生產領域，更重要的是熱激活能用于提高反應程度和總效率，獲得標準反應條件下不可能的產量。另外，利用熱穩定和熱激活的作用，可開發以前在常規反應條件下不可能進行的反應，例如專一性要求特別高的核酸雜交實驗，反應體系加入海藻糖，就可在適宜的溫度下同時使用幾種限制/修飾酶，提高雜交反應特異性，減少假陽性結果。