十種常見的酶制劑[高等教育]

1、十種常見的酶制劑 （1） 纖維素酶 纖維素酶，是由多種水解酶組成的一個復(fù)雜酶系，自然界中很多真菌都能分泌纖維素酶。習(xí)慣上，將纖維素酶分成三類：C1酶、Cx酶和葡糖苷酶。C1酶是對纖維素最初起作用的酶，破壞纖維素鏈的結(jié)晶結(jié)構(gòu)。Cx酶是作用于經(jīng)C1酶活化的纖維素、分解-1，4-糖苷鍵的纖維素酶。葡糖苷酶可以將纖維二糖、纖維三糖及其他低分子纖維糊精分解為葡萄糖。自1906年Seilliere在蝸牛的消化液中發(fā)現(xiàn)纖維素酶至今已有一百余年了,隨著在工業(yè)上的廣泛應(yīng)用,特別是在紡織工業(yè)、能源工業(yè)上的應(yīng)用,纖維素酶已成為最近十幾年酶工程研究的一個焦點(diǎn)。近年來有關(guān)纖維素酶的基礎(chǔ)研究,包括酶的氨基酸序列、基因的克

2、隆與表達(dá)、酶蛋白的空間結(jié)構(gòu)與功能,以及酶蛋白的基因調(diào)控等諸多方面都取得顯著進(jìn)展。到目前為止,登記在Swiss2Protein數(shù)據(jù)庫的纖維素酶的氨基酸序列有649條,基因序列有433條。我國對纖維素酶的研究始于上世紀(jì)50年代,迄今已有50多年的歷史。在纖維素酶的菌種開發(fā)、發(fā)酵培養(yǎng)、基因的克隆與表達(dá),以及纖維素酶在紡織、能源等方面的應(yīng)用都取得較大進(jìn)展. 進(jìn)入21世紀(jì),利用纖維素酶轉(zhuǎn)化纖維素物質(zhì)產(chǎn)生葡萄糖進(jìn)而發(fā)酵獲得生物乙醇,可以避免對糧食作物的大量損耗,引起了各國政府和研究機(jī)構(gòu)的重視,這其中的關(guān)鍵是纖維素酶的成本問題。由于纖維素酶發(fā)酵活力較低,因此其應(yīng)用成本也較高。同時纖維素酶相比其他糖苷水解酶類

3、,比活力至少要低12個數(shù)量級,如濾紙酶的比活力為1IU/mg左右,CMC的比活力約為10IU/mg7,從而造成酶的作用效率較低。這是兩個限制纖維素酶應(yīng)用的瓶頸問題,也是纖維素酶研究的熱點(diǎn)與難點(diǎn)。目前通過傳統(tǒng)的菌種誘變和基因工程技術(shù)可以較大幅度地提高目的蛋白的表達(dá)量,從而提高酶的發(fā)酵水平.還可以通過改善發(fā)酵條件和工藝,如采用固體發(fā)酵來大幅度降低發(fā)酵成本。但是提高酶降解天然纖維素的效率則需要,深入研究纖維素酶的結(jié)構(gòu)與功能以及作用方式,進(jìn)而對其進(jìn)行有效改造;或者通過篩選新的產(chǎn)酶菌種,發(fā)現(xiàn)具有開發(fā)潛力的新酶源.（2）脂肪酶 脂肪酶即三酰基甘油?；饷福呋烊坏孜镉椭?，生成脂肪酸、甘油和甘油單

4、酯或二酯。 脂肪酶基本組成單位僅為氨基酸，通常只有一條多肽鏈。它的催化活性僅僅決定于它的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)。脂肪酶是一類具有多種催化能力的酶，可以催化三酰甘油酯及其他一些水不溶性酯類的水解、醇解、酯化、轉(zhuǎn)酯化及酯類的逆向合成反應(yīng)，除此之外還表現(xiàn)出其他一些酶的活性，如磷脂酶、溶血磷脂酶、膽固醇酯酶、酰肽水解酶活性等（Hara；Schmid）。脂肪酶不同活性的發(fā)揮依賴于反應(yīng)體系的特點(diǎn)，如在油水界面促進(jìn)酯水解，而在有機(jī)相中可以酶促合成和酯交換。脂肪酶是最早的發(fā)現(xiàn)的酶之一，早在年就發(fā)現(xiàn)了脂肪酶至今已有一百年的歷史，年就發(fā)現(xiàn)兔胰脂肪酶；年發(fā)現(xiàn)胃脂肪酶活性；年發(fā)現(xiàn)植物種子脂肪酶；微生物脂肪酶則在上世紀(jì)初才發(fā)現(xiàn)。目

5、前，工業(yè)生產(chǎn)用脂肪酶高產(chǎn)菌株主要通過誘變獲得。以黏質(zhì)沙雷菌8000為初發(fā)菌株，用甲基硝基亞硝基胍誘變處理，得到高產(chǎn)突變菌株GEl4，脂肪酶產(chǎn)量為95 000UmL，是未突變菌株的3倍。在生物反應(yīng)器中，LgX6481脂肪酶產(chǎn)量達(dá)26 450 UmL，是未突變菌株的35倍。除對已知微生物進(jìn)行高產(chǎn)脂肪酶誘變篩選外，極端微生物也引起了研究者的重視。極端環(huán)境下微生物脂肪酶能抗惡劣環(huán)境，如耐低溫，耐酸堿，耐高壓等，在工業(yè)生產(chǎn)中有重要的應(yīng)用價值。中國極地研究中心已從南極土壤、阿拉斯加凍土及深層地下水等分離到低溫產(chǎn)脂肪酶菌株，并研究了其基因和酶學(xué)特性。國外已開始從海洋微生物中篩選產(chǎn)脂肪酶菌株。提取植物脂肪酶制

6、成的藥物，可改善患者的消化吸收功能。美國俄勒岡州健康護(hù)理專業(yè)研究中心已有脂肪酶類藥品上市，用于治療胃腸紊亂、消化不良等疾病。固定化脂肪酶可重復(fù)利用，提高酶穩(wěn)定性，有利于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，降低生產(chǎn)成本。目前，脂肪酶固定化因其經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)可靠性，離產(chǎn)業(yè)化還有相當(dāng)大的差距，需對脂肪酶載體，固定化技術(shù)作深入研究。（3）堿性蛋白酶 堿性蛋白酶是由細(xì)菌原生質(zhì)體誘變選育出的地衣芽孢桿菌2709，經(jīng)深層發(fā)酵、提取及精制而成的一種蛋白水解酶，其主要酶成分為地衣芽孢桿菌蛋白酶，是一種絲氨酸型的內(nèi)切蛋白酶，它能水解蛋白質(zhì)分子肽鏈生成多肽或氨基酸，具有較強(qiáng)的分解蛋白質(zhì)的能力，廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)療、釀造、洗滌、絲綢、制革

7、等行業(yè)。堿性蛋白酶是目前市場上流行的洗滌添加劑，能大幅度提高洗滌去污能力，特別對血漬、汗?jié)n、奶漬、油漬等蛋白類污垢,具有獨(dú)特的洗滌效果。堿性蛋白酶在技術(shù)上采用細(xì)菌原生質(zhì)體誘變處理方法,從國內(nèi)堿性蛋白菌生產(chǎn)菌2709枯草桿菌中研究選育出若干穩(wěn)定高性能菌株,在后處理上,采用去渣鹽析沉淀法,減少了蛋白酶的雜質(zhì)含量和產(chǎn)品特有的氣味，提高了溶解速度,與洗滌劑有更好的配伍性,延長了保質(zhì)期。1913年Rohm首先將胰蛋白酶作為洗滌劑用，1945年瑞士科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了微生物堿性蛋白酶，1963年諾和諾德公司發(fā)現(xiàn)了更適合作為洗滌劑的堿性蛋白酶Alcalase,酶制劑被廣泛應(yīng)用于洗滌劑鏟平中。隨后的20年中，細(xì)菌蛋白

8、酶是唯一被應(yīng)用于洗滌劑的商品化酶制劑。目前，我國堿性蛋白酶研究已經(jīng)達(dá)到了分子水平，利用基因工程手段和蛋白質(zhì)工程手段定向改造堿性蛋白酶產(chǎn)生菌產(chǎn)酶活力及酶學(xué)性質(zhì)是今后很長時間的一個發(fā)展趨勢。隨著生物技術(shù)基礎(chǔ)研究的深入和應(yīng)用技術(shù)手段的完善，堿性蛋白酶研究將會進(jìn)入一個全新的階段。今后，我國堿性蛋白酶研究方向主要轉(zhuǎn)向：繼續(xù)運(yùn)用生物技術(shù)和蛋白質(zhì)手段進(jìn)一步提高目前工業(yè)微生物菌種產(chǎn)酶能力和酶的性質(zhì)。如構(gòu)建、克隆高產(chǎn)堿性蛋白酶基因文庫并高效表達(dá)，選育耐熱、耐堿、抗噬菌體和抗氧化高產(chǎn)堿性蛋白酶菌株等。建立新的堿性蛋白酶高產(chǎn)基因宿主系統(tǒng)，為堿性蛋白酶構(gòu)建更多的表達(dá)載體，解決革蘭氏陰性胞外酶分泌問題。為蛋白酶的應(yīng)用開

9、拓新的渠道，特別是在醫(yī)學(xué)(生物制藥及化療等)及生物技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用。選育極端堿性蛋白酶產(chǎn)生菌。如低溫堿性蛋白酶產(chǎn)生菌、耐高溫堿性蛋白酶。（4） 糖化酶： 糖化酶又稱葡萄糖淀粉酶,糖化酶是一種習(xí)慣上的名稱,學(xué)名為-1,4-葡萄糖水解酶。糖化酶是由黑曲霉優(yōu)良菌種，經(jīng)深層發(fā)酵提取而成。外觀淺棕色液體或黃褐色粉末，常應(yīng)用于酒精、淀粉糖、味精、抗菌素、檸檬酸、啤酒等工業(yè)以及白酒、黃酒。它能把淀粉從非還原性未端水介a-1.4葡萄糖苷鍵產(chǎn)生葡萄糖，也能緩慢水解a-1.6葡萄糖苷鍵，轉(zhuǎn)化為葡萄糖。糖化酶是應(yīng)用歷史悠久的酶類，1500年前，我國已經(jīng)用糖化曲釀酒。本世紀(jì)20年代，法國人用于酒精生產(chǎn)，50年代投入工

10、業(yè)化生產(chǎn)，到現(xiàn)在它以廣泛應(yīng)用于釀酒、葡萄糖、乳酸、味精，棉紡廠等各個方面。幾十年來我國的科技工作者為提高糖化酶的活力進(jìn)行了不懈的努力,使發(fā)酵水平不斷提高。至1990年初糖化酶生產(chǎn)發(fā)酵水平達(dá)到了12ku/ml左右。我國一些科學(xué)家于1991年自選了高活力糖化酶菌種選育及生產(chǎn)技術(shù)研究的課題,通過對本所黑曲霉變異株AN2149進(jìn)行分離純化,紫外線、亞硝基胍(NTG)反復(fù)誘變和改進(jìn)發(fā)酵工藝條件,使菌種活力得到大幅度提高,搖瓶產(chǎn)酶水平達(dá)到23ku/ml,30m3罐上發(fā)酵水平達(dá)到29ku/ml以上。（5） 淀粉酶 淀粉酶，是指能水解淀粉、糖原和有關(guān)多糖中的O-葡萄糖鍵的酶。淀粉酶一般包括-淀粉酶與-淀粉酶。

11、淀粉酶既作用于直鏈淀粉，亦作用于支鏈淀粉，無差別地隨機(jī)切斷糖鏈內(nèi)部的1，4-鏈。因此，其特征是引起底物溶液粘度的急劇下降和碘反應(yīng)的消失，最終產(chǎn)物在分解直鏈淀粉時以葡萄糖為主，此外，還有少量麥芽三糖及麥芽糖。淀粉酶主要用作果汁加工中的淀粉分解和提高過濾速度以及蔬菜加工、糖漿制造、葡萄糖等加工制造。淀粉酶于1965年上市。我國在淀粉酶生產(chǎn)、研究和應(yīng)用方面都做了大量工作，取得了很大的成績。在“八五”、“九五”期間，我國“863”計劃還支持了飼料生物添加劑的研究與開發(fā)，特別是植酸酶、淀粉酶和木聚糖酶等酶制劑的研究。外國對酶制劑的研究也是非常的廣泛，在某些領(lǐng)域已經(jīng)超過中國。有關(guān)淀粉酶的研究發(fā)展的學(xué)術(shù)文章

12、有：淀粉連續(xù)液化噴射技術(shù)的研究和開發(fā)；天然有機(jī)高分子絮凝劑研究和應(yīng)用；非淀粉多糖制劑的研究與應(yīng)用進(jìn)展。（6）漆酶 漆酶亦稱為對苯二酚氧化酶。是一種銅蛋白質(zhì)，藍(lán)色，分子量約12萬，含4原子銅?？杀籆N-抑制。在漆樹的永延液汁中可被此酶氧化變成黑色色素的物質(zhì)是漆酚、氫化漆酚等。漆酶是一種結(jié)合多個銅離子的蛋白質(zhì)，屬于銅藍(lán)氧化酶，存在菇、菌及植物中。漆酶可存活于空氣中，發(fā)生反應(yīng)后唯一的產(chǎn)物就是水，因此本質(zhì)上是一種環(huán)保型酵素。由于這幾年環(huán)保意識逐漸被人所重視，因此近年來漆酶也成為眾多學(xué)者的研究對象。漆酶是最早被人們研究應(yīng)用的蛋白之一，最早的應(yīng)用是在，年以前的中國，當(dāng)時的藝術(shù)家們能夠利用漆樹受損傷部位的分

13、泌物（利用漆酶的聚合作用）來制造他們的藝術(shù)品。漆酶最早被人們所認(rèn)識是由日本人（）于植物漆樹中，并因此而定名。（）首次鑒定漆酶為一種金屬蛋白。目前最常用的漆酶檢測方法是利用漆酶和特定物質(zhì)反應(yīng)，在短時間內(nèi)產(chǎn)生顏色變化的直觀方法，多用滴定法及與PDA培養(yǎng)基連用的變色圈反應(yīng)法。國外科學(xué)家已通過對漆酶的大量研究得到產(chǎn)漆酶真菌在發(fā)酵過程中的最佳產(chǎn)酶條件，此研究確定的基本培養(yǎng)基已被國內(nèi)科研工作者廣泛使用。法國人Galliano等通過比較固體和液體培養(yǎng)基，用“C放射性標(biāo)記法測得固體培養(yǎng)基中木質(zhì)素降解比液體培養(yǎng)基中顯著，產(chǎn)漆酶量高5倍。1988年Frohman等首次利用快速擴(kuò)增eDNA技術(shù)從白腐菌中克隆得到漆酶

14、基因，后來的研究者多用RTPCR技術(shù)來獲得漆酶基因。目前，已有幾十種不同來源漆酶基因得到克隆。通過基因序列測序并結(jié)合生物信息學(xué)研究發(fā)現(xiàn)真菌漆酶整體的序列同源性并不高，但是，不同酶蛋白中結(jié)合銅原子區(qū)域的保守性相當(dāng)高。通過發(fā)酵使真菌分泌產(chǎn)生的漆酶蛋白含量較低，實(shí)現(xiàn)漆酶基因的高表達(dá)是一個重要目的，因此對漆酶基因的克隆和序列分析并通過異源高效表達(dá)一直是科學(xué)家近年的研究熱點(diǎn)。已經(jīng)有很多基因在不同受體菌中得到了表達(dá)。（7）葡聚糖酶 葡聚糖酶是能催化水解-葡聚糖的多種酶的總稱。根據(jù)作用方式不同，可分為內(nèi)切型和外切型。前者存在于谷物種子、某些真菌和某些細(xì)菌中，能催化水解谷物細(xì)胞壁中的-葡聚糖，其中包括內(nèi)切型-

15、1,4-葡聚糖酶、內(nèi)切型-1,3-葡聚糖酶。后者存在于谷物種子中，其中又包括外切型-1,4-葡聚糖酶、外切型-1,3-葡聚糖酶。在啤酒生產(chǎn)中采用-葡聚糖酶，可提高麥汁的過濾速度和得率，從而保證啤酒質(zhì)量。也可用于飴糖、麥芽糖漿生產(chǎn)和用作飼料添加劑。葡聚糖酶于1977年上市。目前國外一些廠家已經(jīng)開發(fā)出了飼用葡聚糖酶制劑產(chǎn)品，并開始進(jìn)入國內(nèi)市場，我國也日益認(rèn)識到該制劑潛在的經(jīng)濟(jì)價值和社會效益，并飼用葡聚糖酶制劑的研究和開發(fā)確定為農(nóng)業(yè)部“九五”攻關(guān)項(xiàng)目。我國目前多采用堿性制備高純度的酵母-1,3-葡聚糖，但其不溶于水、酸、堿、以及醇、醚等有機(jī)溶劑，極大的溶解性使得該糖在實(shí)際利用中受到了很大程度的限制，

16、而不得不改性以增大其溶解性。酶處理是改善酵母-1,3-葡聚糖水溶性的另一種途徑，酶處理使多聚糖苷鍵斷裂，葡聚糖水解為寡糖或還原糖，降低其聚合度，從而提高其水溶性。酶處理時，反應(yīng)條件溫和，不改變其結(jié)構(gòu)，無毒安全，避免了使用酸堿、機(jī)械等方面破壁帶來的污染、抽提物失活等問題，對生物活性影響小，但我國在這方面的研究很少。（8）L-天冬氨酸酶 L-天冬氨酸酶是一種重要的工業(yè)用酶，主要用于酶法合成L-天冬氨酸.L-天冬氨酸在醫(yī)藥、食品和化工領(lǐng)域中有廣泛的用途,特別它是當(dāng)今世界重要的二肽甜味劑合成所必需的原料.因此,對天冬氨酸酶的研究和應(yīng)用日趨受到重視,在酶工程中占有一定的地位.L-天冬氨酸酶的工業(yè)化生產(chǎn)

17、食欲1974年的日本，我國在20世紀(jì)八十年代后期也進(jìn)行了工業(yè)化生產(chǎn)。目前很多研究和工業(yè)生產(chǎn)者從工業(yè)生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)入手進(jìn)行優(yōu)化以降低成本。目前尚未有人從培養(yǎng)基的角度進(jìn)行優(yōu)化以降低成本，工業(yè)上大多采用富馬酸作為碳源以蛋白胨作為直接氮源直接發(fā)酵。唐芳，譚天偉等人從培養(yǎng)基的角度闡述用較為便宜的水解棉籽蛋白當(dāng)?shù)刺娲鞍纂?，用葡萄糖?dāng)碳源部分替代富馬酸研究，成本節(jié)約了60%,但未見其最終的產(chǎn)量報道。南京工業(yè)大學(xué)徐虹教授等人采用游離酶法轉(zhuǎn)化富馬酸，克服了固定化酶操作繁瑣的困難，節(jié)約了成本。（9）角蛋白酶 角蛋白酶，英文名稱：keratinase，是一種可專一地降解角蛋白的蛋白酶類，角蛋白酶可由多種微生物產(chǎn)

18、生,能特異性地降解角蛋白,在飼料、皮革、醫(yī)藥業(yè)、食品等工業(yè)及環(huán)境治理方面具有廣闊的應(yīng)用前景。微生物中純化的角蛋白酶活性很強(qiáng)，可以水解多種難降解的纖維蛋白類，如膠原蛋白、彈性蛋白和角蛋白。在農(nóng)業(yè)上，微生物產(chǎn)生的角蛋白酶能使角蛋白降解為多肽和氨基酸，可以用于制造有機(jī)肥料，這種有機(jī)肥料不僅解決了國內(nèi)能源緊缺的難題，還降解了污染源，大大改善了環(huán)境。在飼料產(chǎn)業(yè)中，羽毛等的主要成分是角蛋白，其粗蛋白成分在80%以上，動物必需氨基酸種類齊全，同時含有較多大量元素、微量元素和未知生長因子，是一種良好的、可替代或部分替代魚粉的飼料蛋白來源。角蛋白酶還可用于化妝品、工業(yè)生產(chǎn)及醫(yī)藥方面。角蛋白酶也可應(yīng)用于美容護(hù)膚品

19、，幫助活性因子透過皮膚屏障，去除皮膚多余角質(zhì)，實(shí)現(xiàn)皮膚的深層護(hù)理。角蛋白酶能水解毛發(fā)角蛋白，利用角蛋白酶進(jìn)行脫毛。國內(nèi)對角蛋白酶的研究還基本停留在產(chǎn)角蛋白酶菌的分離、篩選、角蛋白酶的分離純化及理化性質(zhì)的研究，以及角蛋白酶的作用機(jī)制的初步研究。而且，研究的對象也極其有限，主要集中于對弗氏鏈霉菌的研究。而且以胞外酶的研究為主，對胞內(nèi)酶的發(fā)表研究甚少。國外一些學(xué)者的研究工作，已涉及角蛋白酶高級結(jié)構(gòu)、活性表達(dá)分子基礎(chǔ)以及酶工程等分子生物學(xué)上的研究，主要集中在地衣形芽孢桿菌的角蛋白酶基因，已測出其編碼序列。 （10）溶菌酶 溶菌酶又稱胞壁質(zhì)酶或N-乙酰胞壁質(zhì)聚糖水解酶，是一種能水解致病菌中黏多糖的堿性酶。主要通過破壞細(xì)胞壁中的N-乙酰胞壁酸和N-乙酰氨基葡糖之間的-1,4糖苷鍵，使細(xì)胞壁不溶性黏多糖分解成可溶性糖肽，導(dǎo)致細(xì)胞壁破裂內(nèi)容物逸出而使細(xì)菌溶解。溶菌酶還可與帶負(fù)電荷的病毒蛋白直接結(jié)合，與DNA、RNA、脫輔基蛋白形成