细菌脲酶分解尿素机制及其调控

熊展博，赵圣国，王加启

中国农业科学院北京畜牧兽医研究所动物营养学国家重点实验室，北京 100193

0 引言

脲酶（EC3.5.1.5）又称尿素胺基水解酶，是一种高活性的非氧化还原金属酶[1]，其具有催化尿素分解产生二氧化碳和氨的能力[2]。相较于非催化反应，在脲酶催化作用下的尿素分解速度提高1.0×104～1.0×105倍，脲酶也被认为是目前已知的催化效率最高的水解酶[3]。在畜牧业中，尿素作为脲酶底物，是一种重要的反刍动物非蛋白氮饲料原料，可替代30%左右的蛋白饲料[4]。由于脲酶活性过高，使得尿素快速分解生成二氧化碳和氨，尿素分解速度大于尿素被利用的速度，从而降低了尿素的利用率和微生物蛋白合成效率，而且尿素氮的过度排放，造成环境污染[5]。反刍动物瘤胃内短期产大量氨气提高血液中氨浓度，对动物机体的生产性能造成不利影响[6]。在环境生态方面，土壤中存在大量产脲酶微生物，脲酶高效的催化机制导致pH值的快速上升，导致氨挥发引发了大量土壤氮流失[7]。在人体健康方面，目前已知多种细菌脲酶是人类病原体的毒力因子，包括幽门螺旋杆菌（Helicobacter pylori）、金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）、结核分枝杆菌（Mycobacterium tuberculosis）、小肠结肠炎耶尔森菌（Yersinia enterocolitica）和新生隐球菌（Cryptococcus neoformans）[8]。目前，脲酶抑制剂可以有效调控脲酶活性，减少产氨反应。鉴于此，本文将按照细菌脲酶活性中心的结构特征、尿素水解机制和抑制剂调控脲酶活性机制进行阐述，研究细菌脲酶分解尿素的机制为有效调控脲酶活性提供理论基础，探讨化合物抑制脲酶活性的机制，以期对设计和合成新型环境友好脲酶抑制剂提供理论支持和参考。……