酶工程-蛋白酶

酶工程--蛋白酶第一页，共26页。目录2应用结构与功能来源与分类143

概况与展望第二页，共26页。认识蛋白酶基本信息：中文名称:蛋白酶(枯草杆菌)英文名称:bacillopeptidasebCASNO.:9014-01-1（CAS登录号）EINECS:232-752-2（EINECS登录号）中文别名:蛋白酶A.S1398;枯草溶菌素；蛋白酶2709;蛋白酶A.S1398;解朊酶;舒替兰酶;蛋白酶,得自地衣芽孢杆菌

中文别名:蛋白酶A.S1398;枯草溶菌素；蛋白酶2709;蛋白酶A.S1398;解朊酶;舒替兰酶;蛋白酶,得自地衣芽孢杆菌第三页，共26页。01定义

是指能水解肽链中肽键的一类酶的总称。凡是能水解蛋白质的酶,在刚合成时都没有活性,被称为酶原.以无活性形式合成酶有利于酶的贮存及在机体内的输送、转移。这种无活性的酶原可以通过自催化反应或通过金属离子进行活化。蛋白酶第四页，共26页。02来源蛋白质主要来源于高等植物的种子和果实，动物的内脏和腺体，以及某些微生物如酵母、霉菌和杆菌等。植物动物微生物目前已商品化的酶制剂中第五页，共26页。作用位点来源最适PH活性中心03分类

①内肽酶：切开蛋白质分子内部肽键-CO-NH-，生成分子质量较小的多肽类，这类酶一般叫做类肽酶。②外肽酶：切开蛋白质或多肽分子氨基或羧基末端的肽键，产生游离氨基酸。这类酶叫做外肽酶。作用于氨基端的叫氨肽酶；作用于羧基端的叫羧肽酶。③水解蛋白质或多肽的酯键：④水解蛋白质或多肽的酰氨键：第六页，共26页。作用位点来源最适PH活性中心03分类①植物蛋白酶。②动物蛋白酶。③微生物蛋白酶。第七页，共26页。作用位点来源最适PH活性中心03分类①酸性蛋白酶，最适酸性蛋白酶是指蛋白酶具有较低的最适pH，而不是指酸性基团存在于酶的活性部位，酸性蛋白酶的最适PH从2左右(胃蛋白酶)到4左右。从酶的活力-PH曲线分析，在酶的活性部位中含有一个或更多的羧基。这一类蛋白酶中研究最彻底的是胃蛋白酶。②中性蛋白酶，pH7-8中性蛋白酶是由枯草芽孢杆菌经发酵提取而得的，属于一种内切酶，可用于各种蛋白质水解处理。在一定温度、PH值下，本品能将大分子蛋白质水解为氨基酸等产物。可广泛应用于动植物蛋白的水解，制取生产高级调味品和食品营养强化剂的HAP和HVP，此外还可用于皮革脱毛、软化、羊毛丝绸脱胶等加工。③碱性蛋白酶，又称丝氨酸蛋白酶。常见的有两种,一为Novo蛋白酶,另一为Carsberg蛋白酶,两者的性质和构造相近,分别含275和274个氨基酸残基,由一条多肽链构成。在pH6～10下稳定,低于6或大于11时很快失活。其活性中心含丝氨酸,故称丝氨酸蛋白酶。它不但能水解肽键,还具有水解酰胺键、酯键以及转酯和转肽的功能。由于酶的专一性，它只能对蛋白质水解，不能作用于淀粉、脂肪等物质。外观一般呈粉末状，也有部分呈微球状。第八页，共26页。作用位点来源最适PH活性中心根据国际生物化学酶学委员会建议，除特殊的外肽酶外，所有蛋白酶均纳入肽类水解酶中（其编号为）根据活性中心及其抑制剂Classification第九页，共26页。蛋白酶结构虽然蛋白酶在长期的进化过程中，其分子结构、大小、功能等差别很大，但各家族蛋白酶仍然保持了一个高度保守的结构域，拥有较高的序列相似性。丝氨酸蛋白酶是一类以丝氨酸为活性中心的重要蛋白水解。丝氨酸蛋白酶在结构上为全β蛋白，其核心结构由C端和N端结构域组成，其中C结构域执行催化功能，C端结构域含有两个十分重要的保守二硫键且包含了绝大部分的功能位点，而N结构域主要负责与C结构域相配合，共同维持催化中心三联体的构象稳定性和催化活性。第十页，共26页。巯基蛋白酶是一类活性中心含有巯基（半胱氨酸），并且依靠巯基催化水解肽键的蛋白水解酶。巯基蛋白酶家族以木瓜蛋白酶研究的最为详尽，其酶前体中己形成大小相当的2个结构域，这2个结构域构成的裂隙底部是催化位点。

天冬氨酸蛋白酶一类活性中心含有两个催化性天冬氨酸残基的蛋白水解酶。天冬氨酸蛋白酶多拥有以C2为对称轴的两个双叶型三级结构，而且在N一和C一末端发现几乎相同的链缠绕，双重对称的两个功能域具有高度的相似性，即使在小叶内部，其多肽链折叠亦具有双重对称性。木瓜蛋白酶第十一页，共26页。金属蛋白酶是活性中心含有金属离子的一类蛋白水解酶。金属蛋白酶成员均含有一个稳定的基本结构域：N端疏水信号肽、前肽区、催化活性区。尤其在催化活性区含1个或2个金属离子，以Zn2+最多，这是金属蛋白酶与上述三类蛋白酶最大的不同，多数动物的基质金属蛋白酶中还含有C端的血红素结合蛋白样结构域。前肽区与催化活性区中的锌原子相互协调，共同维持酶分子的功能稳定性，而血红素结合蛋白样结构域主要起调节酶活性和底物专一性的作用。第十二页，共26页。蛋白酶的功能一方面蛋白酶可以在外部直接抑制病原微生物的生长并帮助清除炎症环境下的蛋白质和坏死组织等细菌滋生的营养基础;另一方面,蛋白酶可从体内降解清除血栓、致炎多肽和纤维蛋白,降低血清粘稠度,并能增强巨噬细胞的吞噬作用,还能间接激活酶原和产生消炎肽。蛋白酶还可作为消化助剂和膳食补充剂使用。蛋白酶不仅可以降解食物,同时在物质吸收过程中发挥重要作用。如蛋白酶能够帮助消化蛋白类食物,使其分解为多肽和氨基酸然后通过肠道被人体吸收。其中大部分用作养分,而一小部分特殊多肽具有调节机能,叫功能性多肽如大豆肽。丝氨酸蛋白酶是一类以丝氨酸为活性中心的重要的蛋白水解酶，在生物有机体中起着重要而广泛的生理作用，它们通过对蛋白酶原的激活或抑制而起调节因子作用。丝氨酸蛋白酶还在胚胎发育、组织重建、细胞分化、血管形成和病原侵入等过程中发挥着重要的作用第十三页，共26页。天冬氨酸蛋白酶的主要功能是降解蛋白、抗原和促进其他酶的活化等。除此之外，该家族不同的蛋白酶间还具有一些不同的分子特性，如哺乳动物中的胃蛋白酶主要与食物消化有关，肾素能调节血压水平，过量表达的组织蛋白酶D酶原能促进肿瘤细胞的生长，而组织蛋白酶E却能抑制肿瘤细胞的生长；植物中天冬氨酸蛋白酶还存在特有的促进蛋白裂解的序列。

基质金属蛋白酶在降解细胞外基质、细胞生长、促进新生血管形成方面有着一定的作用，并且能广泛参与人体生理病理过程,还存在特有的促进蛋白裂解的序列

巯基蛋白酶参与蛋白质代谢、组织生长和分化、抗原产生等过程。许多病理过程如发炎、肌肉营养不良、自身免疫疾病、肿瘤等都与巯基蛋白酶有关。第十四页，共26页。蛋白酶的应用1234蛋白酶在明胶工业中的作用蛋白酶在皮革及皮毛处理中的应用蛋白酶在丝绸脱胶中的应用56蛋白酶在食品工业上的应用蛋白酶在酒精、酿酒和酿造醋生产中的应用蛋白酶在洗涤剂中的应用第十五页，共26页。蛋白酶在洗涤剂中的应用蛋白酶中作为洗涤剂的添加剂主要碱性蛋白酶为主，全世界碱性蛋白酶占总蛋白酶销量的25%左右。而在这些碱性蛋白酶中又以细菌细菌碱性蛋白酶为主在bre6is芽孢杆菌中分离得到的噬碱性蛋白酶于各种洗涤剂存在的条件下在PH8~11这样的一个范围内酶活都能保持在80%以上，在20°C~70°C都能保持一定的酶活性，且60°C为最适温度。这样的一种酶无疑是适合作为洗涤剂添加剂的。蛋白酶还可以用来清洁隐形眼镜。一种在芽孢杆菌(Bacillussp.158)中分离得到的中性蛋白酶其能在PH6~7，温度30°C~40°C拥有较高的活性和稳定性[3]，可以用来除去隐形眼镜上的蛋白质来增加眼镜的透光率第十六页，共26页。蛋白酶在皮革及皮毛处理中的应用传统的皮革脱毛技术是利用主要是用硫化钠使生皮上的毛和表皮的硬角蛋白在碱液中水解，破坏双硫键，削弱毛和表皮对真皮的依附，达到脱毛的目的。传统方法处理时纤维间质也被部分除去，使胶原纤维得到分离。而且脱毛废液中产生大量有害的硫化物和废水、废气，严重的污染了环境，且脱毛时间长，胶原蛋白损失大，易造成革的粒面破坏，革空松，毛不能完全去除等问题。脱毛时可分解毛皮与表皮间连接的类粘蛋白,使胶原纤维松散,使鞣制后的皮革柔软。利用蛋白酶来进行脱毛则没有以上问题。蛋白酶不作用胶原,而只能水解角蛋白、弹性蛋白和球蛋白等杂质,在浸水时可促进皮子吸水。第十七页，共26页。蛋白酶在明胶工业中的应用传统工艺制造明胶周期长,出胶率低,污水量多明胶工业传统上是用动物皮、骨为原料,先用石灰水长时间(1～3个月)的浸泡,使之脱脂和去除蛋白,然后再在高温(70～90℃)煮熬,使胶原转化成明胶利用蛋白酶消化胶原之外的杂蛋白,然后将胶原洗净后直接加热抽胶,可节省工艺时间并提高明胶质量,减少污水。第十八页，共26页。蛋白酶在丝绸脱胶中的应用丝绸的脱胶历来是用碱皂法煮炼的,但此法易损伤丝质而影响产品质量。生丝因含丝胶(是一种蛋白质,在蚕丝中含量20%～30%,柞蚕丝中约含6%,其间还夹杂尿酸钙)必须加以脱除才能具有柔软的手感和特有的丝鸣现象。利用蛋白酶消化胶原之外的杂蛋白,然后将胶原洗净后直接加热抽胶,可节省工艺时间并提高明胶质量,减少污水。第十九页，共26页。蛋白酶在食品工业上的应用制干酪肉类嫩化蛋白质水解调味液功能性低聚肽和阿斯巴甜的合成第二十页，共26页。蛋白酶在酒精、酿酒和酿造醋生产中的应用蛋白酶用于谷物原料的酒精发酵,可分解谷物蛋白质,增加酵母营养而促进酵母生长和发酵向玉米原料酒精发酵醪添加酸性蛋白酶,发酵周期可缩短1/3,原料出酒率提高10%～20%蛋白酶用于谷物原料的酒精发酵有助于缩短发酵时间,提高原料出酒率酸性蛋白酶用于白酒生产,除出酒率得以提高,发酵时间缩短外,还有助于白酒香味物质的形成,并可降低白酒中杂醇油含量。第二十一页，共26页。part4概况

1956以来，我国陆续选育了一批优良产酶菌种，其中包括:中性蛋白酶生产菌枯草杆菌1.398,S114,172,放线菌166，栖土曲霉3.942；

碱性蛋白酶生产菌地衣芽孢杆菌2709，短小芽孢杆菌289，209；酸性蛋白酶生产菌黑曲霉3.350，宇佐美曲霉537，肉桂色曲霉No.81，浆油工业用的米曲霉3042。美国曾规定，用在食品和药物的蛋白酶生产菌种都需经食品和药物管理局批准，并严格限制在枯草杆菌，黑曲霉，米曲霉三种菌的菌株。第二十二页，共26页。概况

微生物酸性蛋白酶国外从20世纪oo年代就开始研制,而我国1970年上海工业微生物研究所首先从黑曲霉中筛选一株3.350产酸性蛋白酶菌株,并和上海酒精厂协作进行中试生产,填补了我国酸性蛋白酶制剂的空白。part4

中性蛋白酶作用条件温和,可应用于食品、制药、化妆品和丝纺行业,但由于其热稳定性差,生产与使用条件复杂限制了它的应用范围。高温中性蛋白酶具有良好的热稳定性,弥补了一般中性蛋白酶的不足,生产和使用条件简单,因而有广阔的应用前景。所以自二十世纪七十年代至今,研究和生产高温中性蛋白酶成为酶学领域研究的热点之于一。第二十三页，共26页。概况

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美国也曾有过规定，用在食品和药物的蛋白酶生产菌种都需经食品和药物管理局批准，并严格限制在枯草杆菌，黑曲霉，米曲霉三种菌的菌株。

早在1945年瑞士Dr.Jaag等发现微生物碱性蛋白酶便开创了碱性蛋白酶应用的新纪元,在我国,60年代末选育出产碱性蛋白酶的2709菌并于1971年投产,目前,它已成为研究比较深入的一种酶类,同时也是酶制剂工业的主要产品。第二十四页，共26页。展望

已报道的蛋白酶的种类估计已超过900种，蛋白酶与人类密切相关，涉及到我们生活的各个方面。我国的酶制剂工业已具备一定的规模和水平，有力地促进了相关行业的发展，但总体来说与国际先进水平还是有很大差距。技术不够成