1 L-天冬氨酸-α-脱羧酶的来源

L-天冬氨酸-α-脱羧酶(L-aspartate-α-decarboxylase, PanD/ADC)可催化 L-天冬氨酸脱去α-羧基生成β-丙氨酸。目前，人们对大肠杆菌(Escherichia coli)和结核分枝杆菌(Mycobacterium tuberculosis)PanD 酶的研究最为透彻，对沙门氏菌(Salmonella typhimurium)、谷氨酸棒杆菌(Corynebacterium glutamicum)、枯草杆菌(Bacillus subtillis)和幽门螺杆菌(Helicobacter pylori)等多种微生物 PanD 也有所研究。

2 L-天冬氨酸-α-脱羧酶的理化性质

大肠杆菌 L-天冬氨酸-α-脱羧酶结构及理化性质是目前研究最多的酶，该酶的晶体结构已用 X-射线衍射法确定，是一个四聚体。E.coli L-天冬氨酸-α-脱羧酶的催化活性依赖于自身发生分解形成的丙酮酰基，最初合成时是以没有活性的酶原形式存在，分子量为 13.8 kDa，然后发生蛋白的水解，在 Gly-Ser 键上发生剪切，在 C 末端形成含有羟基的α-亚基(2.8 kDa)，在 N 末端形成带有丙酮酰基的β-亚基(11kDa)，完全水解后，每一个四聚体的蛋白含有三个丙酮酰基和一个未剪切的酯基，经水解该酶产生了活性。M.tuberculosis PanD 结构与 E.coli 相似也是四聚体，但分子量略大，与 E.coli 相比 C 末端多 13 个氨基酸。

据报道，E. coli 和 M. tuberculosis 的 PanD 最适温度分别为 55℃和 37℃，最适 pH分别为7.5和7.0。PanD的有很强的底物专一性，以L-Asp为底物E. coli和M. tuberculosis PanD 的 Km值分别为 160、219.6 mmol/L。E. coli PanD 的活性中心是丙酮酰基的残基以羰基形式存在，凡是能够与羰基反应试剂均为抑制剂，如羟胺、NaBH4、肼、苯肼等，60 mmol/L 的羟胺可抑制 PanD 81%的酶活。

编码 L-天冬氨酸-α-脱羧酶的基因 panD 在不同细菌中各不相同。E. coli，B. subtillis，M. tuberculosis 和 S. typhimurium 同源率较高，C. glutamicum 与 E. coli 等菌株 panD 基因差异较大同源率仅为 52.07%。根据相关报道，C. glutamicum 相比于其它菌株 SD 序列更佳，其理想的核糖体结合位点引起的强转录启动信号更有利于基因的高效表达。C.glutamicum 的 panD 基因不仅表达更加高效，而且翻译后剪辑也比 E. coli 更加迅速。PanD 合成的具体调控机理有待进一步研究。

3 L-天冬氨酸 a-脱羧酶的应用

(1) 作为药物靶蛋白

因L-天冬氨酸-α-脱羧酶使L-Asp脱羧合成β-Ala的代谢途径仅存在于植物和微生物体内，所以 PanD 可以作为药物作用的靶点从而达到杀菌除草的目的。如，为预防及治疗由结核分枝杆菌(M. tuberculosis)感染导致的结核病，可以其 PanD 作为药物作用点，阻止其β-Ala、泛酸、脂质的合成，达到抑制 M. tuberculosis 生长的目的。Jacobs 等构建了一株 Panc 和 PanD 双缺陷的 M. tuberculosis，该菌感染的小鼠存活 36 周，未缺陷菌株感染的小鼠仅存活 14 周。可见β-Ala 的缺陷可减弱 M. tuberculosis 的致病力。

(2) 拆分 DL-天冬氨酸制备 D-天冬氨酸和β-丙氨酸