环境生物学序言碳酸酐酶研究现实状况碳酸酐酶功效作用碳酸酐酶活性分析岩溶动力系统碳酸酐酶活性及其与喀斯特地貌岩溶作用关系碳酸酐酶研究现实状况自从1933年Meldrum和Roughton发觉牛血红细胞中存在CA以来，不但在全部哺乳动物组织和细胞类型中发觉了CA，而且在植物和单细胞绿藻中也发觉了丰富CA。即使CA存在于真核生物界全部高度进化生物体中，但以前对来自古细菌界和细菌界原核生物CA关注较少，自1963年在NeisseriaSicca（干燥奈瑟球菌）中首次确定存在CA以来，该酶仅从5种原核生物中纯化取得。到当前为止,除了真菌外,其它生物体中都已发觉了该类酶存在(Smith等,1999;Thoms,)。依据碳酸酐酶氨基酸序列不一样,人们主要将其分为α、β、γ、δ、ε五种不一样类型酶。其中α-CAs存在于脊椎动物、细菌、藻类及绿色植物胞浆中;β-CAs存在于高等植物及藻类叶绿体中,对植物光合作用过程中CO2获取及CO2浓度维持有着必不可少作用;γ-CAs则主要存在于太古细菌及一些细菌中;δ-CAs主要存在于海洋硅藻中;ε-CAs是近年来才确定类型,主要存在于蓝细菌及一些化能自养型细菌中。多年来人们对碳酸酐酶研究主要集中在与人类关系亲密α-CAs和β-CAs上(Lehtonen等,;Tripp等,;)。α-CAs在氨基酸序列上存在20～60%同源性,哺乳动物几乎全部组织中都含有参加机体各种生命活动α-CAs。当前研究表明,α-CAs最少存在14种不一样同工酶:CAⅠ—Ⅲ,CAⅦ及CAⅩⅢ为胞浆酶;CAⅣ,CAⅨ,CAⅫ和CAⅩⅣ为膜连接酶;CAⅤ为线粒体酶;CAⅥ则存在于唾液中;另外还有3种已知非催化形式碳酸酐酶相关蛋白(CARelatedProtein,CARP)———CARPⅧ,CARPⅩ及CARPⅪ(Lehtonen等,;Supuran等,;Win2go等,)。碳酸酐酶（CarbonicAnhydrase,CA）功效是各种多样。对于许多真核生物生理过程如光合作用，呼吸作用，CO2和离子运输，钙化作用和酸碱平衡等是必须。CA是一个含Zn2+金属酶，主要催化CO2和HCO3-之间相互转化反应：α、β、γ、δ、ε五类CA尽管存在总结构差异，但它们活性中心都含有一个催化所必须Zn2+动力学研究表明全部五类CA都遵照了一个相同两步机制。第一步是Zn2+结合氢氧根离子对CO2亲核攻击（方程1），第二步是经过Zn2+结合水分子离子化和活性部位去质子而使活性部位再生（方程2）。它反应速率是非催化反应速率大约109倍,转化数高达104～106。CA除为酶反应提供CO2和HCO3-外还能够经过移去CO2和HCO3-来推进反应产生能量。CA经过将CO2转换成HCO3-,移去脱羧反应产生CO2,从而推进脱羧反应进行。CA在植物中催化光合作用过程中可逆CO2水合反应,促进CO2向Rubisco扩散。CA还可催化一些其它反应,如乙醛水化和各种卤素衍生物水解,甲烷八叠球菌属产甲烷,一些细菌将氰酸盐分解成氨以及一些植物对碳酰硫(COS)吸收,羧酸酯类、酚类、磺酸酯、磷酸酯也可用作CA底物。碳酸酐酶活性分析碳酸酐酶是诱导酶,在外界环境发生改变时,酶被不一样程度诱导。表现出不一样时间植株碳酸酐酶活力不一样。另外,碳酸酐酶又为很多原因所活化或抑制,许多金属离子、阴离子、植物激素、代谢物、酸碱度等影响碳酸酐酶活力,所以,碳酸酐酶活力变异性较大。不一样植物活力差异很大。同一植物,不一样时间差异也较大,甚至同一植株同一时间不一样叶片酶活力差异也很大,这与碳酸酐酶本身特征相关。经过研究从西南岩溶地域土壤样品中分离筛选出细菌GLCa102胞外碳酸酐酶稳定性，发觉该微生物胞外碳酸酐酶含有良好热稳定性，在0~40℃下处理30min后酶活性保持良好，50℃和60℃下处理20或30min后亦能保持一定活性。pH影响试验结果表明，在偏碱性或碱性条件下均可保持一定胞外碳酸酐酶活性，而岩溶土壤环境是富钙偏碱性环境，故有利于保持胞外碳酸酐酶活性相对稳定。离子影响试验结果表明岩溶环境中Ca2+、Mg2+、Zn2+和Co2+都有利于保持碳酸酐酶相对稳定性，而且Zn2+和Co2+浓度都在活化细菌GLRT102Ca分泌到环境中碳酸酐酶活性所需离子浓度范围，所以，岩溶环境中微量元素Zn和Co有利于激活微生物胞外碳酸酐酶，并使其保持相对稳定。Ca2+活化作用可能是细菌碳酸酐酶在长久进化过程中对富含Ca岩溶环境逐步适应，从而使其产生碳酸酐酶在富含Ca岩溶环境中能够保持一定稳定性。Mg与Ca同属碱土金属，相对Ca而言，Mg在岩溶地质环境中难表现出自由离子活性，且含量低，所以对活化碳酸酐酶作用不大，但岩溶环境中Mg2+有利于保持该微生物胞外碳酸酐酶活性相对稳定。岩溶动