實驗研究酶的活性、耐熱性和靈活性
前言：
酶催化通常涉及到酶的全部或特定區域的“呼吸”，使底物得以調節。這種運動的容易發生可能是催化效率的決定因素之一。在給定的溫度下優化酶的功能需要兩個通常相反的因素之間的适當平衡：結構剛性，允許在生理溫度下保留特定的3D構象和靈活性，允許蛋白質執行其催化功能。
在室溫下，一種嗜熱酶将是穩定的、剛性的和活性較差的。這當然是由于由周圍環境中的低熱能所決定的分子結構剛性的增加，進而阻止了殘留物的基本運動。
為了確定在高溫下的适當穩定性，嗜熱酶在中等溫度下似乎具有非常剛性和緊湊的結構，在大多數情況下，其特征是緊密排列的疏水核心和最大暴露的帶電表面殘基。
活性、耐熱性和靈活性
疏水互相作用最初被認為是蛋白質的主要穩定力。由于嗜熱性與蛋白質的剛性有關，是以在溫度尺度的另一端，嗜熱性應該具有更靈活的結構特征，以補償低溫栖息地提供的較低的熱能。
這種可塑性将使其以較低的能量成本與底物具有良好的互補性，進而解釋了嗜冷酶的高比活性。作為回報，這種靈活性将導緻嗜冷酶熱穩定性的弱。冷适應酶的弱穩定性已認證其表觀最佳活性溫度的劇烈變化、蛋白質對變性劑的低抗性以及結構在中等溫度下展開的高敏感性來證明。
耐熱酶在室溫下比它的中溫同源物更剛性，而這些酶在各自的最佳工作條件下表現出幾乎相同的靈活性。作者認為，進化适應傾向于保持一種關于構象靈活性的“相應狀态”：在室溫下，在嗜熱酶中，催化功能所必需的構象波動受到限制，這表明構象靈活性與酶功能之間存在密切的關系。Vihinen和他的同僚已經提到了更剛性的耐熱蛋白在更高的溫度下達到耐熱蛋白的靈活性。
衆所周知，環是酶結構中最活躍的部分。嗜冷α-澱粉酶的外環較短，較低的可交換質子體積可能可以由于靈活性而補償改進的H/D交換。核磁共振對小嗜冷酶的實驗應該被證明是一個有吸引力的替代進一步研究預期的穩定性-靈活性關系。
到目前為止，已證明冷酶具有較高靈活性的唯一情況可能是從嗜冷和嗜中溫假單胞菌中分離出的Ca2+-Zn2+蛋白酶的熒光光譜實驗。結果清楚地表明，丙烯酰胺的猝滅作用在嗜冷酶的情況下更為重要。
穩定性、比活性和靈活性之間的關系比預期的要複雜得多。對嗜冷酶的各種定向突變實驗可以更好地了解活性-柔性穩定性關系。在這樣的實驗中，由中溫或嗜熱酶中發生的殘基介導的弱互相作用被引入到特别沒有這些互相作用的嗜冷酶中。這些實驗的主要目的是穩定嗜冷突變體，并記錄與該突變體相關的特定活動的變化。
人們特别關注嗜冷假單胞菌的α-澱粉酶。在恢複一個假定的中溫性特征的不同突變中，雙突變N 150D-V 196F設計了鹽橋（N 1 50D）和芳香互相作用（V 196F），導緻活性降低并顯著提高熔化溫度（44°C至46.4°C），建立了增加穩定性和降低活性之間的相關性。其他一些定點突變實驗已經在枯草杆菌素和蛋白酶上進行了實驗。
兩項研究都表明，由于少量的突變，突變酶的穩定性顯著提高，同時增加或保留了酶的原始催化特性，這與穩定特異性活性-靈活性假設不一緻。
此外，最近的體外進化實驗證明，穩定性和催化活性并不是系統的負相關，因為枯草芽孢杆菌對硝基苄基酯酶的随機突變導緻穩定性的增加，而不影響催化活性。事實上，穩定性的降低并不一定是由于分子内力強度的普遍降低，最近的一些研究已經證明了這一說法。
在檸檬酸合成酶的情況下，晶體溫度(B)因子的計算在一定程度上反映了給定區域晶體結構的靈活性或無序，揭示了在考慮整體蛋白質結構時，嗜熱酶的更高靈活性。然而，在嗜冷同源物中，小域比大域表現出更高程度的靈活性。
總結：
在嗜冷酶的無底物形式中，不耐熱域和耐熱結構域獨立展開。之前在木聚糖酶中已經提到過一個穩定結構域的存在，其中一個結構域的穩定性的增加促進了整個分子的穩定性。
類似地，本塔hir和他的同僚提出，PGK熱不穩定域作為一個不穩定域，為低溫催化提供活性位點所需的靈活性。是以冷适應蛋白質進化，要麼通過顯示所有量熱機關的穩定性降低導緻最低的穩定性或由不同的元素組成，一些控制蛋白質穩定性和其他賦予高效催化所需的靈活性在栖息地的溫度。
參考文獻：
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