Worthington丨艾美捷代理多酚氧化酶(酪氨酸酶)：双功能含铜氧化酶

在生活中，我们常会观察到一些有趣的现象：苹果切开后果肉逐渐变成褐色，土豆切片后颜色加深，香蕉皮上出现难看的黑色斑点，而红茶却呈现出诱人的红亮色泽。这些看似无关的变化背后，其实都有一位共同的“导演”——多酚氧化酶。它是一种广泛存在于植物、真菌和昆虫体内的关键酶，因其能催化酪氨酸等底物而得名酪氨酸酶，在食品科学、化妆品研发和生物技术领域扮演着令人又爱又恨的双重角色。

一、身份揭秘：一种双功能的含铜氧化酶

多酚氧化酶在酶学委员会中的系统编号为I.U.B.:1.14.18.1，这精确地定义了它的催化属性。多酚氧化酶(酪氨酸酶)（货号：WBC-LS003791）是一种双功能的、含有铜离子的氧化酶，同时具备两种关键的催化活性：

1.儿茶酚酶活性：能够将儿茶酚类物质氧化成对应的邻醌。这是导致果蔬切割后快速褐变的主要步骤。

2.甲酚酶活性：能够将单酚类物质通过邻位羟化反应转化为儿茶酚。这一步是为上述褐变反应准备底物。

正是这两种活性的紧密配合，使得多酚氧化酶能够高效地启动并推动一系列复杂的氧化聚合反应，最终生成名为黑色素的褐色或黑色聚合物，从而在生物界中负责从水果褐变到昆虫外壳硬化、从真菌孢子着色到人类皮肤色素沉着的多种颜色变化。

二、结构探微：精密的分子机器

多酚氧化酶是一个结构精巧的蛋白质分子机器，其特性决定了它的功能：

*分子结构与铜核心：该酶是一个四聚体，分子量约为128kDa。每个酶分子精确地含有四个铜原子，这些铜原子构成了酶的活性中心。研究表明，铜主要以亚铜离子的形式存在并维持酶活性，而酶的失活往往与Cu??比例升高有关。

*专一的结合位点：这个四聚体结构上设有两个用于结合芳香族化合物（包括酚类底物）的位点，以及一个截然不同的、专门用于结合氧气的位点（即铜位点）。这种精密的“分工”确保了催化反应的高效与专一。

*工作环境：多酚氧化酶最适的工作环境是接近中性的pH6.0-7.0。超出这个范围，其活性会显著下降。

三、工作机制：从酚到醌的变色之旅

多酚氧化酶是一种氧转移酶。它利用空气中的氧气作为底物，驱动以下核心反应：

1.起始步骤：具备甲酚酶活性的亚基识别单酚底物，在氧分子的参与下，将其羟基化，生成儿茶酚。

2.氧化步骤：紧接着，具备儿茶酚酶活性的亚基将儿茶酚氧化，脱去两个氢原子，生成高反应活性的邻醌。

3.聚合步骤：生成的邻醌极不稳定，会自发地发生一系列非酶促反应，包括聚合作用，最终形成黑色素。这一系列反应是导致颜色从无色到褐色再到黑色逐渐加深的根本原因。

此外，研究还发现多酚氧化酶可能具有一定的过氧化物酶活性，这进一步丰富了其催化功能的多样性。

四、抑制之道：如何掌控这位“艺术家”

为了应对由多酚氧化酶引起的负面褐变，科学家们找到了有效抑制其活性的方法。由于其活性高度依赖于铜离子，因此最有效的抑制剂就是那些能够与铜发生作用的物质：

*铜螯合剂：任何能够与酶活性中心的铜原子牢固结合并使其失活的化合物，都是强效抑制剂。例如，氰化物就是一种典型的抑制剂。

*竞争性抑制剂：某些物质可以“冒充”底物，占据酶的底物结合位点，从而阻止真正的底物进入。研究表明，苯甲酸对于儿茶酚底物是竞争性抑制剂，而氰化物则与氧气竞争结合位点。

在实际应用中，食品工业常通过热烫（高温使酶失活）、调节pH值（用酸性物质创造不适环境）、隔绝氧气（真空或浸泡）以及使用安全的食品添加剂（如维生素C，既能还原醌类中间体，又能消耗氧气）来有效控制酶促褐变。

五、应用与展望：超越褐变的双面性

多酚氧化酶的存在是一把双刃剑：

*消极面：在果蔬储藏、加工和运输中，酶促褐变导致外观劣变、营养损失和经济损失，是食品工业力求攻克的技术难题。

*积极面：人们也巧妙地利用这种酶。最典型的例子是茶叶发酵。在红茶制作过程中，通过揉捻破坏细胞结构，让多酚氧化酶与茶多酚充分接触，催化形成的茶黄素和茶红素，正是构成红茶独特色、香、味的关键物质。此外，该酶在生物传感器开发（用于检测酚类污染物）和特定化学品的生物合成中也展现出应用潜力。

参考文献：

Adachi, K. and Halprin, K.

A Sensitive Fluorometric Assay Method for Mammalian Tyrosinase , Biochem Biophys Res Commun 26 , 241 , 1967

Ashida, M. and Ohnishi, E.

Activation of Pre-Phenol Oxidase in Hemolymph of the Silkworm , Arch Biochem Biophys 122 , 411 , 1967

Baldwin, M. , Ross, P. , Pate, J. , Tyeklar, Z. , Karlin, K. and Solomon, E.

Spectroscopic and Theoretical Studies of an End-On Peroxide-Bridged Coupled Binuclear Copper(II) Model Complex of Relevance to the Active Sites in Hemocyanin and Tyrosinase , J Am Chem Soc 113 , 8671 , 1991