十种常见的酶制剂

十种常见的酶制剂 （1） 纤维素酶 纤维素酶，是由多种水解酶组成的一个复杂酶系，自然界中很多真菌都能分泌纤维素酶。习惯上，将纤维素酶分成三类：C1酶、Cx酶和葡糖苷酶。C1酶是对纤维素最初起作用的酶，破坏纤维素链的结晶结构。Cx酶是作用于经C1酶活化的纤维素、分解-1，4-糖苷键的纤维素酶。葡糖苷酶可以将纤维二糖、纤维三糖及其他低分子纤维糊精分解为葡萄糖。自1906年Seilliere在蜗牛的消化液中发现纤维素酶至今已有一百余年了,随着在工业上的广泛应用,特别是在纺织工业、能源工业上的应用,纤维素酶已成为最近十几年酶工程研究的一个焦点。近年来有关纤维素酶的基础研究,包括酶的氨基酸序列、基因的克隆与表达、酶蛋白的空间结构与功能,以及酶蛋白的基因调控等诸多方面都取得显著进展。到目前为止,登记在Swiss2Protein数据库的纤维素酶的氨基酸序列有649条,基因序列有433条。我国对纤维素酶的研究始于上世纪50年代,迄今已有50多年的历史。在纤维素酶的菌种开发、发酵培养、基因的克隆与表达,以及纤维素酶在纺织、能源等方面的应用都取得较大进展. 进入21世纪,利用纤维素酶转化纤维素物质产生葡萄糖进而发酵获得生物乙醇,可以避免对粮食作物的大量损耗,引起了各国政府和研究机构的重视,这其中的关键是纤维素酶的成本问题。由于纤维素酶发酵活力较低,因此其应用成本也较高。同时纤维素酶相比其他糖苷水解酶类,比活力至少要低12个数量级,如滤纸酶的比活力为1IU/mg左右,CMC的比活力约为10IU/mg7,从而造成酶的作用效率较低。这是两个限制纤维素酶应用的瓶颈问题,也是纤维素酶研究的热点与难点。目前通过传统的菌种诱变和基因工程技术可以较大幅度地提高目的蛋白的表达量,从而提高酶的发酵水平.还可以通过改善发酵条件和工艺,如采用固体发酵来大幅度降低发酵成本。但是提高酶降解天然纤维素的效率则需要,深入研究纤维素酶的结构与功能以及作用方式,进而对其进行有效改造;或者通过筛选新的产酶菌种,发现具有开发潜力的新酶源.（2）脂肪酶 脂肪酶即三酰基甘油酰基水解酶，它催化天然底物油脂水解，生成脂肪酸、甘油和甘油单酯或二酯。 脂肪酶基本组成单位仅为氨基酸，通常只有一条多肽链。它的催化活性仅仅决定于它的蛋白质结构。脂肪酶是一类具有多种催化能力的酶，可以催化三酰甘油酯及其他一些水不溶性酯类的水解、醇解、酯化、转酯化及酯类的逆向合成反应，除此之外还表现出其他一些酶的活性，如磷脂酶、溶血磷脂酶、胆固醇酯酶、酰肽水解酶活性等（Hara；Schmid）。脂肪酶不同活性的发挥依赖于反应体系的特点，如在油水界面促进酯水解，而在有机相中可以酶促合成和酯交换。脂肪酶是最早的发现的酶之一，早在年就发现了脂肪酶至今已有一百年的历史，年就发现兔胰脂肪酶；年发现胃脂肪酶活性；年发现植物种子脂肪酶；微生物脂肪酶则在上世纪初才发现。目前，工业生产用脂肪酶高产菌株主要通过诱变获得。以黏质沙雷菌8000为初发菌株，用甲基硝基亚硝基胍诱变处理，得到高产突变菌株GEl4，脂肪酶产量为95 000UmL，是未突变菌株的3倍。在生物反应器中，LgX6481脂肪酶产量达26 450 UmL，是未突变菌株的35倍。除对已知微生物进行高产脂肪酶诱变筛选外，极端微生物也引起了研究者的重视。极端环境下微生物脂肪酶能抗恶劣环境，如耐低温，耐酸碱，耐高压等，在工业生产中有重要的应用价值。中国极地研究中心已从南极土壤、阿拉斯加冻土及深层地下水等分离到低温产脂肪酶菌株，并研究了其基因和酶学特性。国外已开始从海洋微生物中筛选产脂肪酶菌株。提取植物脂肪酶制成的药物，可改善患者的消化吸收功能。美国俄勒冈州健康护理专业研究中心已有脂肪酶类药品上市，用于治疗胃肠紊乱、消化不良等疾病。固定化脂肪酶可重复利用，提高酶稳定性，有利于实现工业化生产，降低生产成本。目前，脂肪酶固定化因其经济性和技术可靠性，离产业化还有相当大的差距，需对脂肪酶载体，固定化技术作深入研究。（3）碱性蛋白酶 碱性蛋白酶是由细菌原生质体诱变选育出的地衣芽孢杆菌2709，经深层发酵、提取及精制而成的一种蛋白水解酶，其主要酶成分为地衣芽孢杆菌蛋白酶，是一种丝氨酸型的内切蛋白酶，它能水解蛋白质分子肽链生成多肽或氨基酸，具有较强的分解蛋白质的能力，广泛应用于食品、医疗、酿造、洗涤、丝绸、制革等行业。碱性蛋白酶是目前市场上流行的洗涤添加剂，能大幅度提高洗涤去污能力，特别对血渍、汗渍、奶渍、油渍等蛋白类污垢,具有独特的洗涤效果。碱性蛋白酶在技术上采用细菌原生质体诱变处理方法,从国内碱性蛋白菌生产菌2709枯草杆菌中研究选育出若干稳定高性能菌株,在后处理上,采用去渣盐析沉淀法,减少了蛋白酶的杂质含量和产品特有的气味，提高了溶解速度,与洗涤剂有更好的配伍性,延长了保质期。1913年Rohm首先将胰蛋白酶作为洗涤剂用，1945年瑞士科学家发现了微生物碱性蛋白酶，1963年诺和诺德公司发现了更适合作为洗涤剂的碱性蛋白酶Alcalase,酶制剂被广泛应用于洗涤剂铲平中。随后的20年中，细菌蛋白酶是唯一被应用于洗涤剂的商品化酶制剂。目前，我国碱性蛋白酶研究已经达到了分子水平，利用基因工程手段和蛋白质工程手段定向改造碱性蛋白酶产生菌产酶活力及酶学性质是今后很长时间的一个发展趋势。随着生物技术基础研究的深入和应用技术手段的完善，碱性蛋白酶研究将会进入一个全新的阶段。今后，我国碱性蛋白酶研究方向主要转向：继续运用生物技术和蛋白质手段进一步提高目前工业微生物菌种产酶能力和酶的性质。如构建、克隆高产碱性蛋白酶基因文库并高效表达，选育耐热、耐碱、抗噬菌体和抗氧化高产碱性蛋白酶菌株等。建立新的碱性蛋白酶高产基因宿主系统，为碱性蛋白酶构建更多的表达载体，解决革兰氏阴性胞外酶分泌问题。为蛋白酶的应用开拓新的渠道，特别是在医学(生物制药及化疗等)及生物技术领域中的应用。选育极端碱性蛋白酶产生菌。如低温碱性蛋白酶产生菌、耐高温碱性蛋白酶。（4） 糖化酶： 糖化酶又称葡萄糖淀粉酶,糖化酶是一种习惯上的名称,学名为-1,4-葡萄糖水解酶。糖化酶是由黑曲霉优良菌种，经深层发酵提取而成。外观浅棕色液体或黄褐色粉末，常应用于酒精、淀粉糖、味精、抗菌素、柠檬酸、啤酒等工业以及白酒、黄酒。它能把淀粉从非还原性未端水介a-1.4葡萄糖苷键产生葡萄糖，也能缓慢水解a-1.6葡萄糖苷键，转化为葡萄糖。糖化酶是应用历史悠久的酶类，1500年前，我国已经用糖化曲酿酒。本世纪20年代，法国人用于酒精生产，50年代投入工业化生产，到现在它以广泛应用于酿酒、葡萄糖、乳酸、味精，棉纺厂等各个方面。几十年来我国的科技工作者为提高糖化酶的活力进行了不懈的努力,使发酵水平不断提高。至1990年初糖化酶生产发酵水平达到了12ku/ml左右。我国一些科学家于1991年自选了高活力糖化酶菌种选育及生产技术研究的课题,通过对本所黑曲霉变异株AN2149进行分离纯化,紫外线、亚硝基胍(NTG)反复诱变和改进发酵工艺条件,使菌种活力得到大幅度提高,摇瓶产酶水平达到23ku/ml,30m3罐上发酵水平达到29ku/ml以上。（5） 淀粉酶 淀粉酶，是指能水解淀粉、糖原和有关多糖中的O-葡萄糖键的酶。淀粉酶一般包括-淀粉酶与-淀粉酶。淀粉酶既作用于直链淀粉，亦作用于支链淀粉，无差别地随机切断糖链内部的1，4-链。因此，其特征是引起底物溶液粘度的急剧下降和碘反应的消失，最终产物在分解直链淀粉时以葡萄糖为主，此外，还有少量麦芽三糖及麦芽糖。淀粉酶主要用作果汁加工中的淀粉分解和提高过滤速度以及蔬菜加工、糖浆制造、葡萄糖等加工制造。淀粉酶于1965年上市。我国在淀粉酶生产、研究和应用方面都做了大量工作，取得了很大的成绩。在“八五”、“九五”期间，我国“863”计划还支持了饲料生物添加剂的研究与开发，特别是植酸酶、淀粉酶和木聚糖酶等酶制剂的研究。外国对酶制剂的研究也是非常的广泛，在某些领域已经超过中国。有关淀粉酶的研究发展的学术文章有：淀粉连续液化喷射技术的研究和开发；天然有机高分子絮凝剂研究和应用；非淀粉多糖制剂的研究与应用进展。（6）漆酶 漆酶亦称为对苯二酚氧化酶。是一种铜蛋白质，蓝色，分子量约12万，含4原子铜。可被CN-抑制。在漆树的永延液汁中可被此酶氧化变成黑色色素的物质是漆酚、氢化漆酚等。漆酶是一种结合多个铜离子的蛋白质，属于铜蓝氧化酶，存在菇、菌及植物中。漆酶可存活于空气中，发生反应后唯一的产物就是水，因此本质上是一种环保型酵素。由于这几年环保意识逐渐被人所重视，因此近年来漆酶也成为众多学者的研究对象。漆酶是最早被人们研究应用的蛋白之一，最早的应用是在，年以前的中国，当时的艺术家们能够利用漆树受损伤部位的分泌物（利用漆酶的聚合作用）来制造他们的艺术品。漆酶最早被人们所认识是由日本人（）于植物漆树中，并因此而定名。（）首次鉴定漆酶为一种金属蛋白。目前最常用的漆酶检测方法是利用漆酶和特定物质反应，在短时间内产生颜色变化的直观方法，多用滴定法及与PDA培养基连用的变色圈反应法。国外科学家已通过对漆酶的大量研究得到产漆酶真菌在发酵过程中的最佳产酶条件，此研究确定的基本培养基已被国内科研工作者广泛使用。法国人Galliano等通过比较固体和液体培养基，用“C放射性标记法测得固体培养基中木质素降解比液体培养基中显著，产漆酶量高5倍。1988年Frohman等首次利用快速扩增eDNA技术从白腐菌中克隆得到漆酶基因，后来的研究者多用RTPCR技术来获得漆酶基因。目前，已有几十种不同来源漆酶基因得到克隆。通过基因序列测序并结合生物信息学研究发现真菌漆酶整体的序列同源性并不高，但是，不同酶蛋白中结合铜原子区域的保守性相当高。通过发酵使真菌分泌产生的漆酶蛋白含量较低，实现漆酶基因的高表达是一个重要目的，因此对漆酶基因的克隆和序列分析并通过异源高效表达一直是科学家近年的研究热点。已经有很多基因在不同受体菌中得到了表达。（7）葡聚糖酶 葡聚糖酶是能催化水解-葡聚糖的多种酶的总称。根据作用方式不同，可分为内切型和外切型。前者存在于谷物种子、某些真菌和某些细菌中，能催化水解谷物细胞壁中的-葡聚糖，其中包括内切型-1,4-葡聚糖酶、内切型-1,3-葡聚糖酶。后者存在于谷物种子中，其中又包括外切型-1,4-葡聚糖酶、外切型-1,3-葡聚糖酶。在啤酒生产中采用-葡聚糖酶，可提高麦汁的过滤速度和得率，从而保证啤酒质量。也可用于饴糖、麦芽糖浆生产和用作饲料添加剂。葡聚糖酶于1977年上市。目前国外一些厂家已经开发出了饲用葡聚糖酶制剂产品，并开始进入国内市场，我国也日益认识到该制剂潜在的经济价值和社会效益，并饲用葡聚糖酶制剂的研究和开发确定为农业部“九五”攻关项目。我国目前多采用碱性制备高纯度的酵母-1,3-葡聚糖，但其不溶于水、酸、碱、以及醇、醚等有机溶剂，极大的溶解性使得该糖在实际利用中受到了很大程度的限制，而不得不改性以增大其溶解性。酶处理是改善酵母-1,3-葡聚糖水溶性的另一种途径，酶处理使多聚糖苷键断裂，葡聚糖水解为寡糖或还原糖，降低其聚合度，从而提高其水溶性。酶处理时，反应条件温和，不改变其结构，无毒安全，避免了使用酸碱、机械等方面破壁带来的污染、抽提物失活等问题，对生物活性影响小，但我国在这方面的研究很少。（8）L-天冬氨酸酶 L-天冬氨酸酶是一种重要的工业用酶，主要用于酶法合成L-天冬氨酸.L-天冬氨酸在医药、食品和化工领域中有广泛的用途,特别它是当今世界重要的二肽甜味剂合成所必需的原料.因此,对天冬氨酸酶的研究和应用日趋受到重视,在酶工程中占有一定的地位.L-天冬氨酸酶的工业化生产 食欲1974年的日本，我国在20世纪八十年代后期也进行了工业化生产。目前很多研究和工业生产者从工业生产的各个环节入手进行优化以降低成本。目前尚未有人从培养基的角度进行优化以降低成本，工业上大多采用富马酸作为碳源以蛋白胨作为直接氮源直接发酵。唐芳，谭天伟等人从培养基的角度阐述用较为便宜的水解棉籽蛋白当氮源替代蛋白胨，用葡萄糖当碳源部分替代富马酸研究，成本节约了60%,但未见其最终的产量报道。南京工业大学徐虹教授等人采用游离酶法转化富马酸，克服了固定化酶操作繁琐的困难，节约了成本。（9）角蛋白酶 角蛋白酶，英文名称：keratinase，是一种可专一地降解角蛋白的蛋白酶类，角蛋白酶可由多种微生物产生,能特异性地降解角蛋白,在饲料、皮革、医药业、食品等工业及环境治理方面具有广阔的应用前景。微生物中纯化的角蛋白酶活性很强，可以水解多种难降解的纤维蛋白类，如胶原蛋白、弹性蛋白和角蛋白。在农业上，微生物产生的角蛋白酶能使角蛋白降解为多肽和氨基酸，可以用于制造有机肥料，这种有机肥料不仅解决了国内能源紧缺的难题，还降解了污染源，大大改善了环境。在饲料产业中，羽毛等的主要成分是角蛋白，其粗蛋白成分在80%以上，动物必需氨基酸种类齐全，同时含有较多大量元素、微量元素和未知生长因子，是一种良好的、可替代或部分替代鱼粉的饲料蛋白来源。角蛋白酶还可用于化妆品、工业生产及医药方面。角蛋白酶也可应用于美容护肤品，帮助活性因子透过皮肤屏障，去除皮肤多余角质，实现皮肤的深层护理。角蛋白酶能水解毛发角蛋白，利用角蛋白酶进行脱毛。国内对角蛋白酶的研究还基本停留在产角蛋白酶菌的分离、筛选、角蛋白酶的分离纯化及理化性质的研究，以及角蛋白酶的作用机制的初步研究。而且，研究的对象也极其有限，主要集中于对弗氏链霉菌的研究。而且以胞外酶的研究为主，对胞内酶的发表研究甚少。国外一些学者的研究工作，已涉及角蛋白酶高级结构、活性表达分子基础以及酶工程等分子生物学上的研究，主要集中在地衣形芽孢杆菌的角蛋白酶基因，已测出其编码序列。 （10）溶菌酶 溶菌酶又称胞壁质酶或N-乙酰胞壁质聚糖水解酶，是一种能水解致病菌中黏多糖的碱性酶。主要通过破坏细胞壁中的N-乙酰胞壁酸和N-乙酰氨基葡糖之间的-1,4糖苷键，使细胞壁不溶性黏多糖分解成可溶性糖肽，导致细胞壁破裂内容物逸出而使细菌溶解。溶菌酶还可与带负电荷的病毒蛋白直接结合，与DNA、RNA、脱