酪氨酸酶（tyrosinase，TYR），别名多酚氧化酶、儿茶酚氧化酶、陈干酪酵素、酚氧化酶，是一种结构复杂的含多亚基的含铜氧化还原酶，是合成黑色素的关键限速酶。CAS编号为9002-10-2。
酪氨酸酶最初在1895年被科学家发现于发黑的红属蘑菇中，随之被发现广泛存在于自然界中，无论在细菌、真菌，还是动物、植物中，都能发现它的存在，而且在同物种不同器官组织中，酪氨酸酶的功能也不尽相同。其活性中心由含铜离子位点构成，即酪氨酸酶中每个亚基含2个铜离子，这2个铜离子与组氨酸的生物合成残基结合，另有1个内源桥基将2个铜离子联系在一起。当酪氨酸与酪结合成过渡配位化合物时，主要是羟基与酶的活性中心上的原子键键合发生作用。
酪氨酸酶在色素生成、果蔬褐变、伤口愈合中发挥重要作用。大多数治疗色素沉着的方法是基于抑制酪氨酸酶的活性来发挥作用的。其是昆虫防御机制中的一种重要酶，参与外骨骼的硬化，并可以将外骨骼包裹在黑色素中，以此避免其他生物的侵袭，此外还与昆虫的伤口愈合、硬化、蜕皮和包囊有关，已经开发出具有灭活昆虫体内酪氨酸酶作用的杀虫剂。因此酪氨酸酶在医药、化妆品行业、食品、农业等领域被广泛应用。
历史
酪氨酸酶，最初在1895年被科学家发现于发黑的红属蘑菇中，随之被发现广泛存在于自然界中，无论从细菌、真菌，还是到动物植物中，都能发现它的存在，而且在同物种不同器官组织中，酪氨酸酶的功能也不尽相同。近年，酪氨酸酶在医药、美容、食品和环保等领域均有应用。
理化性质
酪氨酸酶，是一种含有金属铜离子的具有氧化酚类物质作用的酶。酪氨酸酶广泛存在于动、植物以及微生物的组织细胞中，与果蔬褐变、人色素障碍性疾病及其恶性黑素瘤的发生有重要着关系。酪氨酸酶是黑色素形成过程的关键酶。它的活性中心由含铜离子位点构成，即酪氨酸酶中每个亚基含2个铜离子，这2个铜离子与组氨酸的生物合成残基结合，另有1个内源桥基将2个铜离子联系在一起。当酪氨酸与酪结合成过渡配位化合物时，主要是羟基与酶的活性中心上的原子键键合发生作用。
催化原理
酪氨酸酶的单酚酶活性和二酚酶活性都是由于氧气与两个铜离子的结合体现的。一元酚与CuA结合，而二元酚与CuB结合，酪氨酸酶以氧化、还原、脱氧三种不同的状态存在，发挥催化作用。苯酚的去质子化氧原子与氧化数酪氨酸酶活性中心的铜离子配合形成还原态配位化合物，裂解后转化为邻醌和脱氧态酪氨酸酶，脱氧态酪氨酸酶进行双氧结合又形成一开始的氧化态酪氨酸酶，该循环持续进行，直至底物被耗尽。在单酚循环的反应过程中，如果处于自然状态的还原态酪氨酸酶与单酚底物相遇，会发生极慢的氧化反应，阻碍单酚反应的正常进行，这一时期被称为“滞后期”，因为还原态酪氨酸酶本身并不具备结合氧分子的能力。酪氨酸酶的双酚酶活性主要是因为苯二酚的两个相邻羟基与活性位点的两个铜离子结合来实现的。首先，邻苯二酚与氧化酪氨酸酶的铜离子配合，酪氨酸酶活性位点的过氧桥断裂，生成相应的1,2-苯醌和水，此时铜离子呈氧化数，表现为质子化形式；邻苯二酚再次还原活性位点的铜离子，得到脱氧酪氨酸酶和邻醌，酪氨酸酶结合氧气分子恢复氧化态。
种类及分布
在对于植物及昆虫的研究中，酪氨酸酶常被称为多酚氧化酶、酚氧化酶，而在微生物和哺乳动物的研究中一般称为酪氨酸酶。
酪氨酸酶的分布与生物的生理功能相关，在不同的生物体内，酪氨酸酶分布部位是不同的。多数昆虫在正常生理状态下，体内的酪氨酸酶多以酶原的形式存在。因此，不同类型的酪氨酸酶存在于昆虫的特定部位，以完成特定的生理功能。例如，美洲蜚蠊存在于血红细胞内，而麻蝇科则仅存在于血浆中，并且在表皮中主要以活化形式的酪氨酸酶存在。酪氨酸酶是单链型糖蛋白，在细菌和植物体内均为可溶性的，它能控制L－多巴转化为L－多巴醌。在植物和低等生物中，这是黑色素形成的唯一路径，而在哺乳动物中，还有其它相关蛋白质参与反应。
哺乳动物中酪氨酸酶与底物合成黑色素的过程发生在专门的细胞器中，它被称之为黑色素体。黑色素体是与酪氨酸酶相关的配位化合物，涉及到色素的形成。当酪氨酸酶功能减退或缺失时，即会影响黑色素代谢，从而发生如白癫疯和白化病等疾病。
作用过程
酪氨酸酶是黑色素形成的关键酶，酪氨酸酶首先催化酪氨酸羟基化为L-DOPA，再进一步催化L-DOPA为醌类化合物。醌类物质性质活泼，经过一系列非酶反应转化为黑色素。该过程可大体分为两个阶段三个部分：第一阶段就是酪氨酸被氧化生成多巴（L-DOPA）并进一步氧化生成多巴醌的过程，在这两步反应都是由酪氨酸酶催化的，酪氨酸酶在这里显示了独特的双重催化功能。酪氨酸酶是黑色素形成过程的关键酶。黑色素的转变，有可能可以解释恶性黑素瘤临床和病理的某些变化，及快速增长的癌症发病率。在美白化妆品中添加能抑制酪氨酸酶活性的美白剂，可以通过抑制酩氨酸酶活性直接抑制黑色素的形成，从而达到美白肌肤的目的。
结构
酪氨酸酶是一种复杂的多亚基双核含铜金属酶，是与人类黑素细胞表达相关的一种跨膜蛋白。由于人酪氨酸酶的高度疏水、结构复杂而灵活、样品匮乏、分离纯化困难等原因，利用现有的方法和技术很难获得稳定的晶体结构，蘑菇酪氨酸酶因其易大量纯化和商品化且与其他酪氨酸酶有很大的相似性已被广泛用作替代人酪氨酸酶的有效模型。
蘑菇酪氨酸酶是一种H2L2四聚体，分子质量为120kDa。H亚基是酪氨酸酶的结构域，由13个α-螺旋、8个短b链和多个环组成；L亚基有一个类似凝集素的折叠，包含12条反平行的b链，含有150个氨基酸。酪氨酸酶的活性中心由两个铜离子组成（通常被称为CuA和CuB），每个铜离子都与三个保守的组氨酸的生物合成残基（histidine，His）发生强烈的相互作用：CuA与His61、His85和His94配位，CuB与His259、His263和His296配位。两个铜离子中心通过内源配位桥连接在一起。CuA的第二个组氨酸残基和位于N端的半胱氨酸残基之间能形成硫醚桥，这对于活性部位的稳定和活性作用的发挥必不可少。
制备方法
迄今为止，成功分离出酪氨酸酶的生物主要有真菌（包括霉菌、食用蕈菌、酵母菌等）、细菌、裸子植物、被子植物门，昆虫，脊索动物类（包括人）。实验中以食用菌与水果为主要酶源，常见原料包括蘑菇、马铃薯和苹果等。实验中所用的酪氨酸酶纯酶大多为国外进口，价格昂贵且不宜大规模应用。
研究者通常借鉴国内外常用提取酪氨酸酶的方法，选用中国低价常用原料来制备酶液。例如有学者以pH为7.2的Na2HPO4－HCl缓冲溶液为体系，通过研磨挤压、过滤、离心分离，提取马铃薯中的酪氨酸酶，用分光光度计在480nm处测定马铃薯提取液的吸光度，以吸光度对时间的变化率为反应速率，建立多巴溶液的转换动力学曲线；发现所测数据波动小，酪氨酸酶的催化活性稳定性高，准确度高且效果好，但是多巴价格昂贵。另有学者以苯二酚（儿茶酚）为底物研究自制马铃薯酪氨酸酶，发现其催化产物的最大吸收波长为410nm，最佳反应条件为pH6.8、30℃；并用其处理羊毛织物，发现酪氨酸残基被催化氧化为多巴醌结构，且能与含有—NH2的物质反应，为进一步研究羊毛改性奠定了基础。还有学者以新鲜马铃薯、红富士苹果、红蛇果、平菇和昆仑紫瓜为研究对象，从中分别提取酪氨酸酶并测定其酶活力，发现紫茄子的酪氨酸酶活力最为理想，并选择邻苯二酚作为紫茄子酪氨酸酶底物；而后研究了有机合成、无机盐和天然提取物3大类抑制剂对酪氨酸酶的催化影响，发现有机合成化合物效果最佳。学者从产自伊朗北部的花生中提取酪氨酸酶。花生以液态氮为体系，随后通过（NH4）2SO4沉淀和透析。电泳显示存在2个可能的同工酶。酶活性在纯化的不同阶段中进行测定，也测量一些具有重要物理性质的酶。结果表明，花生酪氨酸酶的最佳pH为5.2、最适温度为40℃。动力学研究也确定了米氏常数Km=257.5mmol，最大反应速度Vmax=0.00421mmol/min。
已从各种微生物中分离出不同特性的酪氨酸酶，但要用于商业目的，其成本高、效率低、产量少。随着生物技术的成熟发展，利用基因工程构建大量高效的酪氨酸酶工程菌已成为可能。有学者对土壤细菌产酪氨酸酶进行分离和鉴定。通过离心分离，而后经过（NH4）2SO4沉淀法和超滤法获得粗酶，除去褐色素（可能黑色素）后，通过体积排阻色谱进一步分离天然蛋白质混合物获得纯化酶。双酚基质L-多巴、多巴胺以及单酚基质L-酪氨酸的动力学参数已确定，即Km为4.5、1.5和0.055mmol/L，纯化酶最大活性条件为pH6.8。另有学者在微生物产黑色素的发酵条件研究中，将嗜麦芽假单胞菌感染的酪氨酸酶基因用重组脱氧核糖核酸技术转入大肠杆菌HB101中，获得了酪氨酸酶基因表达较好的工程菌WY8。还有学者采用比较酪氨酸酶的同源保守结构域氨基酸序列的方法设计引物，从苏云金芽孢杆菌4D11中通过PCＲ扩增得到了包含酪氨酸酶基因的DNA片段，并在大肠杆菌中获得了表达，验证了该基因产生的黑色素可在一定程度上保护菌体免受紫外辐射，为构建产黑色素杀虫脒基因工程菌提供了有益的参考。学者基于V.spinosum中的酪氨酸酶基因在大肠杆菌中的成功克隆，建立了1个酪氨酸酶在大肠杆菌中高效表达的有效模式，并对温度、诱导物浓度以及不同操作模式下诱导的启动时间进行了研究，经过28h的孵化获得大约3g/L活性的酪氨酸酶。
应用领域
酪氨酸酶广泛存在于动物、植物、微生物、昆虫中，在色素生成、果蔬褐变、伤口愈合中发挥重要作用。酪氨酸酶是合成黑色素的限速酶，酪氨酸酶和酪氨酸酶相关蛋白1和2（酪氨酸酶P1和酪氨酸酶P2）参与黑色素的生物合成。酪氨酸酶和酪氨酸酶P1的变异与恶性黑素瘤的患病风险相关，抑制黑色素合成是黑色素瘤的辅助治疗策略。黑色素与羽毛、眼睛、头发和皮肤的颜色有关，其异常表达会导致色素沉着，造成诸如脂溢性角化病、黄褐斑、晒黑等结果，大多数治疗色素沉着的方法是基于抑制酪氨酸酶的活性来发挥作用的。在大多数水果和蔬菜中，酪氨酸酶会导致受损细胞或衰老组织的酶促褐变，损害植物基食品的颜色和清晰度，导致营养品质的损失。酪氨酸酶是昆虫防御机制中的一种重要酶，它参与外骨骼的硬化，并可以将外骨骼包裹在黑色素中，以此避免其他生物的侵袭，此外还与昆虫的伤口愈合、硬化、蜕皮和包囊有关，已经开发出具有灭活昆虫体内酪氨酸酶作用的杀虫剂。因此酪氨酸酶在医药、化妆品行业、食品、农业等领域被广泛应用。
相关研究
单酚酶活性的机理研究
在黑色素合成过程中，单酚底物被氧化数酪氨酸酶氧化为邻醌是酶最主要的功能。这一过程是区别酪氨酸酶和儿茶酚氧化酶等其它氧化还原酶的重要特征。在单酚循环过程中，去质子化的苯酚上的氧原子与氧化态酪氨酸酶活性中心的铜离子配位形成配位化合物D，再通过亲电取代机理，苯酚邻位加氧过程形成复合物E，复合物E经历分裂过程直接生成邻苯二醌和脱氧态酪氨酸酶（deoxy）。脱氧态酪氨酸酶直接结合氧分子重新形成氧化态酪氨酸酶，这就是单酚酶活性的循环过程，这个过程直到底物反应完全后结束。在这个反应机理中，应当注意的是尚不知道苯酚羟基上质子的实际受体，其中活性中心的过氧基团上的两个氧原子和Cu（A）上的组氨酸的生物合成残基都已被作为潜在的质子化位点。在第一种情况下，过氧化物中心就会变为氢过氧化物，氧铜键发生断裂，这可能导致配体与双铜中心发生重排。同时，活性中心附近的残基也有可能起到质子受体的作用。
单酚反应过程在一些生物合成过程中发挥着重要作用。科学家在单酚循环机理基础上提出了酪氨酸酶催化2-氨基苯酚生成邻亚胺醌的反应过程，并研究了反应过程的动力学行为。
此外，在单酚循环的反应过程中，自然状态下的还原态酪氨酸酶如果遇见单酚类底物，就会发生极其缓慢的氧化反应，并且阻碍单酚反应的正常进行。因此，这段时期被称之为“滞后期”。这是由于还原态酪氨酸酶自身不具有结合氧分子能力的缘故。
双酚酶活性的机理研究
在双酚循环过程中，氧化数的酪氨酸酶和还原态的酪氨酸酶都能与邻二酚类化合物反应，完成双酚循环过程．氧化态酪氨酸酶在氧化单酚的同时也能氧化双酚，甚至比相对应的单酚氧化过程表现出更高的活性，这可能反映了不同的底物与活性位点定向结合难易程度的差异性，当单酚反应过程更容易与Cu（A）结合时，双酚反应过程却更容易与Cu（B）结合。双酚氧化过程存在两个反应过程，它们都是通过邻羟基去质子化作用，才能使得氧连接到两个铜原子上，从而完成与活性部位的配位结合。在氧化数酪氨酸酶与邻苯二酚反应的过程中，酶被还原后生成还原态酪氨酸酶，它仍保持二价铜离子状态。而在还原态酪氨酸酶与邻苯二酚反应的过程中，酶的活性位点铜离子由二价变为一价。
双酚循环的结果都是由邻苯二酚/酶配位化合物从绑定的氧分子处分解产生相应的1,2-苯醌和水的氧原子从而解散过氧构象。
双酚循环反应机理的研究不仅为黑色素前体邻醌的合成提供坚实的理论基础，对于其它类似研究也具有关键的指导作用。科学家在双酚循环反应机理的基础上研究了间苯二酚使酪氨酸酶失活的机理。这个过程的结果生成了失活态的酪氨酸酶，活性部位其中的一个铜由+2价变为0价，最终导致了反应过程的不可逆。
取代基\底物对于酶活性的影响
由于酪氨酸酶具有特异性的酶活性，因此很多学者着力于研究反应底物的选择性。通过对铜III型蛋白的原子光谱和X－射线数据的分析，发现酪氨酸酶、儿茶酚酶以及血蓝蛋白与氧结合的机制差异是由潜在的底物决定的。例如，血蓝蛋白不能作为双酚酶的氧化酶，而儿茶酚氧化酶不能作为单酚酶的氧化酶。此外，认为在哺乳动物细胞酪氨酸酶中，双酚酶与Cu（B）连接而单酚酶与Cu（A）连接，这一结论与一些学者的研究结果相互矛盾，后者在总结大量研究结果的基础上，发现活性中心与单酚底物的结合更容易发生在Cu（B）位置。
由于酪氨酸酶活性中心同时存在单酚酶活性和双酚酶活性，二者必然会存在活性竞争关系，这个比值的大小需要通过动力学行为研究来确定。值得一提的是，活性中心铜离子的浓度同样对于酶的活性产生不可或缺的影响。有学者研究并且确定了TyrBm（巨型芽孢杆菌的酪氨酸酶）的晶体结构，认为铜离子的浓度能够影响酪氨酸酶的双酚酶与单酚酶反应活性，通过改变铜离子的浓度，成功地改变了巨型芽孢杆菌中酪氨酸酶的双酚酶活性。