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蛋白酶的研究进展及应用

蛋白酶的分类及研究进展

         如果以提取酶的途径来划分蛋白酶种类的话,可以将蛋白酶划分为微生物蛋白酶和植物蛋白酶以及动物蛋白酶和其他来源的蛋白酶。植物蛋白酶包括无花果蛋白酶、苦瓜蛋白酶等,最新有学者研究报道菠萝蛋白酶的生物活性特性比较广,临床应用价值也较高,可作为饲料添加剂,动物摄入以后有助于一些蛋白质的充分水解,增加动物消化吸收和缩短育肥周期等,并且其在医疗上的重要价值也得到全球学者的一致赞同。微生物蛋白酶是从细菌、酵母、霉菌或者放线菌等一些微生物中得到的一些酶,微生物蛋白酶又可以根据其适应环境的差异性分为适应极端条件的蛋白酶、碱性蛋白酶、中性蛋白酶、嗜盐蛋白酶及酸性蛋白酶,除此之外,还包括一些具有其他功能特性的蛋白酶。随着基因工程、发酵技术的发展和新型发酵设备的开发,微生物逐渐成为工业酶制剂的核心来源。徐建国等从河滩涂表层的土壤中分离出了一株产蛋白酶活力比较强的菌株。王萍从自然界筛选到一株优良性能的海洋酵母HN311能够高产蛋白酶,其分类地位是Aureobasidium pullulans,在最适产酶条件下该菌株发酵液中蛋白酶活力可达623U/mL。根据蛋白酶活性所适应的pH值不同可把蛋白酶分为酸性、碱性和中性蛋白酶,这3种蛋白酶因为受到了不同酸碱度的影响会有很大酶活性的不同,可由于不同的工业生产条件而起到不同的生产作用。酸性蛋白酶pH在2~6达到最好活性的蛋白酶;还有一类产酶微生物如曲霉、青霉和根霉,他们是根据酶作用方式的不同而划分的,其与胃蛋白酶是一类较相似的酶类。经研究表明,酸性蛋白酶在食品和皮革等工业有重要的应用。中性蛋白酶是在最适pH为6~7的条件下,其能有效断裂肽键的一类酶。有报道称一株中性蛋白酶产生菌,即枯草芽孢杆菌其在特定的发酵条件下培养优化后,其最高产酶为4830U/mL。碱性蛋白酶是指在pH值大于8的条件下能很好催化肽键的酶类。Deng对产碱性蛋白酶芽孢杆菌进行了深入研究。从猪胰脏中获得碱性蛋白酶是最早获得碱性蛋白酶,有研究称嗜碱性蛋白酶能在碱性条件下水解蛋白质肽键将蛋白质水解成氨基酸和肽类,且其酶活性和稳定性受外界碱性条件的影响不大,从这类酶而被广泛应用于洗涤剂工业。

         另外由于蛋白酶水解蛋白质的不同的作用位点不同,蛋白酶可以分为内肽和外肽酶两大类。内肽酶是从蛋白酶将蛋白质内部列解开肽键将蛋白质水解为小分子肽,外肽酶是凭借蛋白酶断裂蛋白质或多肽的-COOH或-NH2末端的肽键将蛋白质分解为游离氨基酸。与植物和动物源的蛋白酶如木瓜、菠萝、胰脏等传统来源的酶相比,微生物源的蛋白酶显示出许多的优势,而植物和动物源的蛋白酶也已难以满足人们的需要。首先,微生物的繁殖速度比较快,在合适的条件下每30min左右就可以繁殖一代;其次,微生物的种类比较繁多,这保证了酶的品质齐全,不同的生存环境会产生不同种类的酶,如一些极端嗜温菌、极端嗜盐菌、极端嗜碱菌等。

蛋白酶的应用前景

       在工业生产中利用蛋白酶水解蛋白质比一些化学方法处理蛋白质要更加经济、环保,而利用微生物蛋白酶水解蛋白质可以达到重复利用的效果,可以避免化学方法对蛋白质本身带来的危害,重复利用也极大地降低了工业中的生产成本,提高了产品的经济效益。 一些微生物产的蛋白酶必须有一些特别的要求,这些要求主要是针对生产所需的一些条件,对于符合一些企业需要的菌株的筛选一直是目前科研工作者的研究重点。用于工业生产蛋白酶的菌株一般需满足以下条件:不是致病菌;能分泌胞外蛋白酶;对底物要求低;不易退化;产酶量高;发酵周期短;易培养等。目前,枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌是在工业生产上主要生产商品蛋白酶的微生物。此外,一些能产极端蛋白酶例如耐酸、嗜热、耐碱、嗜冷、耐盐等蛋白酶和对特定底物具有较强作用的蛋白酶也越来越成为人们研究的焦点。

蛋白酶的展望

     当各类蛋白被蛋白酶水解以后,发酵水解产物比如一些活性小分子肽、血红素等都具有对人类健康有益的功能作用,因此对各类蛋白的发酵水解产物的研究越来越受到广大学者的关注。目前令国内外学者们关注的是许多小肽具有特殊的生理功能作用,如它们具有抗糖尿病、消除血栓、抗衰老、抗胆固醇、抑制肿瘤等活性作用。而猪血蛋白经蛋白酶水解后可获得大量的小分子量生物肽,这对提高猪血蛋白的的功能特性、经济及营养价值和我国猪血深加工水平及产品开发都也都具有不可替代的作用。如果从动物中获得微生物蛋白酶的话,因为动物的器官的数量及来源的限制,这使得动物性蛋白酶获取比较困难,并且种类较少。如果从植物中获得蛋白酶,由于植物生长缓慢并且占用土地,还需要水分以及矿物质等适宜的生长条件,植物源蛋白酶的获得就需要较高的成本,并且工艺时间也比较长、费力等。因此,动植物源的蛋白酶都不能满足当今市场的需求,研究微生物源的蛋白酶就十分必要。随着基因工程、发酵技术的发展和新型发酵设备的应用,微生物将逐渐成为工业酶制剂的核心来源。







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