工業(yè)酶制劑-蛋白酶課件

工業(yè)酶制劑——蛋白酶

xx蛋白酶是催化肽鍵水解的一類酶。凡是能水解蛋白質(zhì)的酶,在剛合成時都沒有活性,被稱為酶原。以無活性形式合成酶有利于酶的貯存及在機體內(nèi)的輸送、轉(zhuǎn)移。這種無活性的酶原可以通過自催化反應(yīng)或通過金屬離子進行活化。1產(chǎn)蛋白酶菌種研究狀況

1956以來，我國陸續(xù)選育了一批優(yōu)良產(chǎn)酶菌種，其中包括中性蛋白酶生產(chǎn)菌枯草桿菌1.398,S114,172,放線菌166，棲土曲霉3.942；堿性蛋白酶生產(chǎn)菌地衣芽孢桿菌2709，短小芽孢桿菌289，209；酸性蛋白酶生產(chǎn)菌黑曲霉3.350，宇佐美曲霉537，肉桂色曲霉No.81，漿油工業(yè)用的米曲霉3042。美國曾規(guī)定，用在食品和藥物的蛋白酶生產(chǎn)菌種都需經(jīng)食品和藥物管理局批準，并嚴格限制在枯草桿菌，黑曲霉，米曲霉三種菌的菌株。按酶的來源分類：①植物蛋白酶。②動物蛋白酶。③微生物蛋白酶。按酶的最適pH分類：①酸性蛋白酶，最適pH2.0-5.0。②中性蛋白酶，pH7-8。③堿性蛋白酶，pH9.5-10.5。為方便起見，微生物蛋白酶常用此分類法。按酶的活性中心功能基團分類：①絲氨酸蛋白酶（Serineprotease)。胰蛋白酶，糜蛋白酶，凝血蛋白酶等②巰基蛋白酶（Thiolprotease）。木瓜酶，無花果酶，某些鏈球菌蛋白酶③金屬蛋白酶（Metalloprotease）。許多微生物的中性蛋白酶3關(guān)于蛋白酶的專一性

蛋白酶的專一性一般情況下,不是針對底物的專一性,而是針對某些肽鍵的特異性,不管蛋白質(zhì)的分子有多大,但組成蛋白質(zhì)的氨基酸的種類基本是一致的,蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)的不同,主要體現(xiàn)在氨基酸的比例和彼此排列順序的差異。蛋白酶的專一性主要是由于形成肽鍵的兩氨基酸的性質(zhì)不同所決定的。蛋白酶的底物專一性和水解肽鏈的能力,不僅受到切開點一側(cè)或兩側(cè)相鄰氨基酸殘基的影響,甚至受間隔了若干單位的氨基酸殘基的影響.底物專一性上的微小差異,產(chǎn)生的生理功能可能完全不同.如胰蛋白酶,凝血酶和透明質(zhì)酸梅,三者在選擇性切開堿性氨基酸羧基側(cè)的肽鍵這點上,有共同之處,但作用于血纖維蛋白時,三者切開的肽鍵數(shù)不同.凝血酶使血液凝固,透明質(zhì)酸梅相反,起溶血作用,胰蛋白酶切開肽鍵最多,但兩種作用都很微弱.5主要蛋白酶及其性質(zhì)

酸性蛋白酶主要來源:酸性蛋白酶主要來源于哺乳動物的消化道,如胃蛋白酶;部分微生物是酸性蛋白酶的主要來源,如:目前的商品酸性蛋白酶制劑主要是由黑曲霉發(fā)酵生產(chǎn)的。一般性質(zhì):

①分子特性:酸性蛋白酶的最適pH在2-5范圍,酶蛋白的等電點在pI3-5,分子量MW30,000-35,000。②催化特性:酸性蛋白酶的最適溫度因來源不同而有差異,一般霉菌的蛋白酶的最適溫度較高,大部分在50-60℃范圍,而來源于動物胃粘膜的蛋白酶的最適溫度較低,一般在40℃左右,但酸性蛋白酶的熱穩(wěn)定性都較差,一般在50℃都很快失活,此外,酶的熱穩(wěn)定性還受到基質(zhì)的pH的影響;有些酸性蛋白酶不耐低溫,在低溫條件下,很快失活。許多酸性蛋白酶分子中含5-10%多糖，對酶的穩(wěn)定有益。

底物專一性:

許多霉菌產(chǎn)生的酸性蛋白酶需要較大分子的底物,對蛋白質(zhì)的專一性較胃蛋白酶低,胃蛋白酶作用過的底物蛋白,可進一步用霉菌的酸性蛋白酶進行水解。幾乎所有來源于霉菌的酸性蛋白酶,能裂解胰蛋白酶原的賴氨酸和異亮氨酸之間的肽鍵(Lys6—Ile7),將胰蛋白酶原激活,利用此特異性,可鑒別酸性蛋白酶制劑是來源于霉菌或其他來源。

中性蛋白酶

中性蛋白酶是最早用于酶制劑工業(yè)化生產(chǎn)的蛋白酶,目前的微生物生產(chǎn)的商品酶制劑的菌種主要有:枯草桿菌、耐熱解蛋白芽孢桿菌、灰色鏈霉菌、寄生曲霉、米曲霉、棲土曲霉。除上述微生物生產(chǎn)中性蛋白酶外,來源于植物的木瓜蛋白酶、無花果蛋白酶、菠蘿蛋白酶等都屬于中性蛋白酶。一般性質(zhì):

①分子特性:大部分微生物產(chǎn)生的中性蛋白酶屬于金屬蛋白酶,一分子酶蛋白含有一個鋅原子,酶蛋白的分子量在35,000-40,000范圍,等電點pI8-9,微生物蛋白酶中,中性蛋白酶的穩(wěn)定性最差,分子之間最容易發(fā)生自溶,即使在低溫條件下,也會發(fā)生明顯的自溶,造成分子量明顯降低。關(guān)于中性蛋白酶的活性中心

大部分微生物產(chǎn)生的中性蛋白酶的活性中心有一個鋅離子,鋅離子起著酶蛋白與底物之間的橋梁作用,有些酶蛋白還含有鈣離子,鈣離子具有穩(wěn)定酶蛋白空間構(gòu)象的作用;此外,鈣離子還與酶蛋白的熱穩(wěn)定性有關(guān),含有鈣離子的酶蛋白的熱穩(wěn)定性明顯優(yōu)于不含鈣離子的蛋白酶。利用酶蛋白的分子修飾技術(shù),研究發(fā)現(xiàn),利用EDTA螯合作用除去中性蛋白酶的鋅離子,然后置換成鈣離子,這樣制備的中性蛋白酶結(jié)晶比原酶蛋白的活力提高了3倍。如果用錳離子置換鋅離子,酶活力提高56%,并且提高了酶蛋白的熱穩(wěn)定性。關(guān)于酶蛋白的專一性

微生物產(chǎn)生的中性蛋白酶的最適底物是Z--Gly-↓-X--NH2,其中X是疏水性氨基酸,如果是絲氨酸、蘇氨酸、丙氨酸、組氨酸時,酶蛋白的活力明顯升高。堿性蛋白酶

堿性蛋白酶主要是由微生物產(chǎn)生,微生物中主要是細菌的部分菌種產(chǎn)生堿性蛋白酶,目前堿性蛋白酶主要是用于洗滌劑、皮革工業(yè)、絲綢脫膠。一般性質(zhì)

①酶蛋白特性:堿性蛋白酶的分子量比中性蛋白酶的分子量小,一般在20,000-34,000Da,而且等電點較高,一般在pH8-9。②催化特性:大部分堿性蛋白酶的最適pH在7-11范圍,當以酪蛋白為底物時,最適pH為9.5-10.5,堿性蛋白酶除能夠水解肽鍵外,還具有水解酯鍵的能力和轉(zhuǎn)肽能力,最適溫度因菌種不同而有差異,一般在50℃左右,酶蛋白的熱穩(wěn)定性不高,50-60℃處理15分鐘,幾乎有50%的酶活力喪失,我國目前生產(chǎn)的幾種堿性蛋白酶的熱穩(wěn)定性一般都在60℃以下。堿性蛋白酶的活性中心

堿性蛋白酶屬于絲氨酸蛋白酶,其活性中心的主要功能基團是絲氨酸,一部分天然蛋白質(zhì)能夠使堿性蛋白酶失活,如在土豆、大豆、大麥中含有一種蛋白質(zhì)是堿性蛋白酶的抑制劑。堿性蛋白酶的專一性

微生物產(chǎn)生的堿性蛋白酶除具有水解肽鍵的能力外,還具有較強的水解酯鍵的酯酶活力,能夠水解各種對硝基苯基酯,當酶制劑中混有中性蛋白酶時,可以利用對硝基苯基酯作底物來測定堿性蛋白酶的活力,以區(qū)別中性蛋白酶。6蛋白酶的應(yīng)用

蛋白酶種類繁多，商品蛋白酶不下100種。不同來源的蛋白酶在工業(yè)上有不同的用途。蛋白酶已廣泛使用在皮革、毛紡、絲綢、日化、食品、釀造、醫(yī)藥等許多行業(yè)中。在食品工業(yè)中利用蛋白酶制劑，可以避免酸水解、堿水解對氨基酸的破壞作用及變旋，保證蛋白質(zhì)的營養(yǎng)價值不受影響.蛋白酶在食品工業(yè)中的應(yīng)用肉類加工中水解結(jié)締組織,嫩化肉類,軟化腸衣：利用蛋白酶對肉中的彈性蛋白和膠原蛋白進行部分水解，使肉類制品口感達到嫩而不韌、味美鮮香的效果。提高質(zhì)量.使用最多、作用最穩(wěn)定的蛋白酶是木瓜蛋白酶面包、蛋糕加工中縮短揉面時間，增強面團延伸