1.耐高温蛋白酶概述

工业催化需要在极端条件下进行，而天然酶促反应条件较温和，因此常常无法满足工业化生产，因此，其工业化应用受到极大限制。嗜热蛋白酶是一类最适作用温度为60～80℃的蛋白酶^[1]，对高温、酸碱、有机溶剂、蛋白变性剂的良好抗性且稳定。因此，人们十分重视嗜热蛋白酶的研究。嗜热蛋白酶主要来源于嗜热微生物。嗜热微生物是一类生长温度跨度在40～150℃间的微生物，目前嗜热蛋白酶产生菌中以芽孢杆菌最常见^[2]。例如，Bacillus sp.MO-1^[3],B.sp.EA.1^[4],B.thermoproteolyticus^[5]。此外在真菌、放线菌中亦有所报道。天然的耐高温菌多见于高温温泉、火山口、沙漠以及许多人工环境如热水管道等特殊高热环境中。

1.1.耐高温酶促反应优势

绝大多数酶及蛋白质的活性和结构只在室温（10℃-40℃）下得以保持，当处于50℃-60℃下或者更高温度时，酶便会变性而失去活性。嗜热蛋白酶是一类来自于嗜热微生物的热稳定蛋白，能够在高温下保持长时间活性而不发生变性^[6]。工业生产过程中，许 多操作都会要求在较高温度下进行，而普通蛋白酶受其自身特性所决定，无法在高温下催化反应或催化效率过低，嗜热蛋白酶的存在有效解决了这一问题。同时，在嗜热酶催化的反应条件下超过70℃，对反应器冷却系统的要求标准降低，减少了能耗，生产中不需要冷却装置,节省了开支，降低了冷却过程中对环境所造成的污染，并且因反应中很少有杂菌生存，大大减少了各种代谢物对产物的污染^[7]。

1.2.嗜热酶开发与应用

嗜热酶具有高稳定性，可在室温下分离提纯和包装运输，能长久地保持活性^[8]。基于嗜热酶的高温反应活性，以及对有机溶剂、去污剂和变性荆的较强抗性，使它在食品、医药、制革、石油开采及废物处理等方面都有广泛的应用潜力^[9]。

第一，环境保护。嗜热酶在污水及废物处理方面有着其它方法无法比拟的优越性。嗜热菌在高温环境下，有相对高的生长率及较高的酶活性，易达到动态平衡，故污泥净增长低，剩余污泥量少^[10]。废物中的主要成份是烷类化合物，可利用嗜热酶的耐热性及对有机溶荆的抗性，在高温反应中去除烷类化合物。

第二，能源利用。在石油开采过程中，由于井下温度很高，常温酶在高温条件下活力低，低温又容易使胶在进入井底前被水解。目前，人们从嗜热的栖热袍菌Thermotogasp中分离得到一种纤维素酶,在 100℃时仍具有很高的催化活性 ,从而达到了高温时使胶水解和低温时使活性受到抑制的效果^[11]。

第三，生物转化及抗生素生产。在堆肥试验中，Kplan及合作者利用嗜热菌对2，4,6-三硝基甲苯进行了转化^[12]，利用Pseudomonas thermophila中的一个嗜热需氧菌系生产出了多种B族维生素。在抗生素生产中，在利用嗜热菌Thermoactinomyces spp.获得的九种抗争素中，两种热红菌素及热绿链菌素已进行工业化生产并在医药领域获得应用。

2.耐高温酶耐热机制