中性蛋白酶知識

1、中性蛋白酶,中性蛋白酶,1、中性蛋白酶的定義： 指能夠在中性或弱酸、弱堿性環(huán)境中作用的一類蛋白酶，其最適作用pH介于6.07.5,能催化蛋白質(zhì)肽鍵水解，具有催化反應(yīng)速度快,無工業(yè)污染,反應(yīng)條件適應(yīng)性寬等優(yōu)點。 2、工作機理： 中性蛋白酶能在中性條件下水解食品中蛋白質(zhì)的肽鍵，釋放氨基酸或者多肽。在酒精、葡萄酒、果汁、啤酒和黃油生產(chǎn)中，添加中性蛋白酶可澄清發(fā)酵液中的霧氣。酵母在發(fā)酵階段的生長可以通過懸浮蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化的氨基酸來加以促進，從而加速發(fā)酵并提高產(chǎn)量,3、中性蛋白酶的分類： 中性蛋白酶根據(jù)催化機制和活性中心蛋白酶功能基團不同可以分為絲氨酸蛋白酶、天冬氨酸蛋白酶、半胱氨酸蛋白酶以及金屬蛋白酶四大

2、類。 3.1 絲氨酸蛋白酶 絲氨酸蛋白酶催化底物蛋白質(zhì)水解時通常有兩個步驟。在 水解過程中,隨著氨基酸的丟失和肽鏈的斷裂還形成共價酶-肽復(fù)合物的中間二聚體。然后脫去?；?通過水對中間體的親核攻擊,從而使底物肽鍵水解。大部分的絲氨酸蛋白酶都形成一個典型的SerHisAsp的三聯(lián)體結(jié)構(gòu),也有少量以絲氨酸作為催化基礎(chǔ),3.2 天冬氨酸蛋白酶 天冬氨酸肽鏈內(nèi)切酶活性中心依賴天冬氨酸殘基。胃蛋白酶家族大部分酶活性中心部位的天冬氨酸殘基都位于AspThrGlyXaa的基序中,該基序位于兩裂片的氨基端和羧基端。其中Xaa可為Ser或Thr代替，側(cè)鏈通過氫鍵與Asp相聯(lián)。 3.3 半胱氨酸蛋白酶 半胱氨酸蛋白

3、酶催化機制與絲氨酸蛋白酶類似，對不同進化來源的幾種半胱氨酸蛋白酶催化機制研究發(fā)現(xiàn)有極明顯相似性。木瓜蛋白酶被認(rèn)為是半胱氨酸蛋白酶催化機制體現(xiàn)的原型，其催化機制的差異主要由于活性中心構(gòu)象不一樣：絲氨酸蛋白酶包含一個SerHisAsp催化三聯(lián)體,而半胱氨酸蛋白酶水解過程中有一個酸性基團和?；虼贾虚g體的形成,3.4 金屬蛋白酶 金屬蛋白酶催化機制稍微不同于上幾種蛋白酶,這一大類酶依賴于二價金屬陽離子的存在并且能被透析或金屬鰲合物失活。 通過X-光結(jié)晶學(xué)研究表明,大多數(shù)的金屬蛋白酶在晶體形成過程中,酶結(jié)構(gòu)中形成一個用于金屬結(jié)合的位點,這種金屬通常是Zn2+ ，有的金屬蛋白酶活性中心也可能為其它金屬陽

4、離子,如Mg2+ 、Cu2+等。 酶活性中心的金屬離子可為EDTA或OP等鰲合劑所鰲合,從而使酶失去部分活性或全部活力。該過程通常是可逆的,通過重新加入金屬離子,酶又可恢復(fù)部分或全部活性,4、微生物中性蛋白酶的來源 由于其在生理代謝活動中的特殊作用，中性蛋白酶在動物、植物以及微生物中廣泛存在。與其他來源相比，微生物蛋白酶由于在培養(yǎng)條件、生產(chǎn)成本控制以及制備規(guī)模上有著無以比擬的優(yōu)勢。 微生物中性蛋白酶根據(jù)其來源可以分為 細(xì)菌性中性蛋白酶 真菌性中性蛋白酶 病毒性中性蛋白酶,4.1細(xì)菌性中性蛋白酶 在目前市場應(yīng)用的蛋白酶（主要為中性蛋白酶和堿性蛋白酶）來源中,以細(xì)菌蛋白酶最多,特別是芽孢桿菌屬細(xì)菌

5、,如枯草芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌等。細(xì)菌性中性蛋白酶活性大都依賴于二價陽離子,如Mg2+ 、 Zn2+ 、Ca2+ 等。也有些其活性不受金屬鰲合物的影響,如絲氨酸蛋白酶。細(xì)菌蛋白酶水解能力強、速度快,與動植物來源中性蛋白酶水解速度相比,水解產(chǎn)物產(chǎn)生苦味少,所以在食品行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用,4.2 真菌性中性蛋白酶 很多真菌都能產(chǎn)生中性蛋白酶，如米曲霉、根霉、毛霉等。而且蛋白酶的pH適應(yīng)性廣（pH4-11）。米曲霉可以產(chǎn)生酸性蛋白酶、中性蛋白酶以及堿性蛋白酶。真菌蛋白酶的生產(chǎn)主要通過固態(tài)發(fā)酵且都是金屬蛋白酶,其活性主要依賴于二價陽離子,所以其活性可受到金屬鰲合物的影響。一般來說,真菌蛋白酶反應(yīng)速率和穩(wěn)

6、定性均相對細(xì)菌較低。 4.3 病毒性中性蛋白酶 對病毒蛋白酶的研究大都集中在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，各種病毒蛋白酶中包含了天冬氨酸蛋白酶、絲氨酸蛋白酶和半胱氨酸蛋白酶等。所有病毒來源的蛋白酶均為內(nèi)肽酶，其活性并不需要金屬離子的參與。由于其在醫(yī)學(xué)上的特殊作用，越來越多的研究在病毒蛋白酶的三維結(jié)構(gòu)、翻譯及表達機理和作用原理等方面展開,5、中性蛋白酶的應(yīng)用 5.1食品工業(yè)中的應(yīng)用 中性蛋白酶被廣泛的應(yīng)用于食品工業(yè)中,能夠提高食品的品質(zhì)、穩(wěn)定性和可溶性等。微生物中性蛋白酶應(yīng)用于食品業(yè)具有以優(yōu)點由微生物產(chǎn)生,容易實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn),能夠提供價格低廉、充足的酶源一般作用條件比較溫和,酶需要量少,副反應(yīng)少反應(yīng)過程完成以后酶容

7、易滅活一般比較安全，不含有毒物質(zhì)。 5.1.1烘焙食品 面粉是焙烤加工工藝中一個重要的原料,它含有一種被稱作“面筋”的不溶性蛋白,這類蛋白決定了焙烤所用面團的特性。由米曲霉產(chǎn)生的中性蛋白酶通過限制性水解作用,可改變面粉中面筋的性質(zhì),細(xì)菌來源的中性蛋白酶則可用于提高面團的延伸性和韌性。用酶處理過的面團便于人工和機器對其進行加工,從而生產(chǎn)出較多種類的產(chǎn)品,5.1.2 飲料澄清和肉類嫩化 羅盈昌等人研究了綠茶、烏龍茶、紅茶的浸出液經(jīng)中性蛋白酶酶解后,其超濾通量的變化。其中綠茶和烏龍茶的超濾通量基本沒有變化,而紅茶因其可溶性蛋白含量較高,經(jīng)過中性蛋白酶酶解后,通量變化較顯著。所以中性蛋白酶可以在茶浸出

8、液膜分離中的應(yīng)用,特別是在紅茶中的應(yīng)用有非常誘人的市場前景。 另外,中性蛋白酶還能用于肉類嫩化,主要是因為中性蛋白酶能將肌原纖維與彈性蛋白溶解從而變成無規(guī)則的結(jié)構(gòu),因此,酶處理后肉質(zhì)得到了嫩化,5.1.3豆制品 中性蛋白酶在豆制品的加工過程中起著重要的作用。以豆瓣醬為例，發(fā)酵過程中真菌(以霉菌居多)所產(chǎn)生的中性蛋白酶使大豆原料中的蛋白充分水解，在為微生物提供必需的生長因素的同時，也促進了許多有益氨基酸的生成，有效地增加了產(chǎn)品的營養(yǎng)成分。 5.1.4用于阿斯巴甜糖的合成 阿斯巴甜糖是一種無熱量的人工合成甜味劑,是由L-天冬氨酸與甲酯L-苯丙氨酸組成的二肽,兩種氨基酸的L-構(gòu)型有利于甜味的形成。因

9、此,立體結(jié)構(gòu)特性的保持是至關(guān)重要的,通常是通過化學(xué)方法來保持其立體結(jié)構(gòu)。盡管蛋白酶通常被認(rèn)為作為一種水解酶,但在特定的動力學(xué)控制條件下可以催化逆反應(yīng)合成阿斯巴甜,5.2 皮革工業(yè)中的應(yīng)用 皮革加工包括浸透、去毛和軟化等過程，傳統(tǒng)的工藝主要采用化學(xué)方法處理，在加工過程中不可避免地會使用到強腐蝕性物質(zhì)，既不利于生產(chǎn)，也容易導(dǎo)致環(huán)境污染。酶替代化學(xué)藥品在提高皮革質(zhì)量與減少環(huán)境污染證明是頗有成效的。蛋白酶主要被用于選擇性的水解皮膚中的非膠質(zhì)組分與去除非纖維蛋白,如清蛋白與球蛋白等。將蛋白酶應(yīng)用于皮革工業(yè) 中,可以減少浸泡時間。 中性蛋白酶酶制劑的選擇依賴于矩陣蛋白（如彈性蛋白和角蛋白）的特異性,酶用量

10、取決于被處理皮革的軟硬。酶制劑在皮革制品加工中的應(yīng)用不僅有利于減少環(huán)境的污染而且還能節(jié)約能源,5.3化妝品中的應(yīng)用 中性蛋白酶在化妝品的生產(chǎn)與開發(fā)中得到廣泛。用于化妝品的中性蛋白酶多來自于微生物和植物。將中性蛋白酶加入牙膏、牙粉、漱口水中有助于去除牙垢,尤其是枯草芽抱桿菌中性蛋白酶效果最好。面霜等添加中性蛋白酶,可溶解皮屑,使皮膚柔軟,促進皮膚新陳代謝,增加皮膚對藥物之吸收,使皮膚角質(zhì)層中致病菌的耐藥性降低。同時,微生物來源中性蛋白酶較耐熱且能除去老化角質(zhì)層細(xì)胞、增強清除效果、防止青春痘形成,5.4醫(yī)藥工業(yè)中的應(yīng)用 在醫(yī)藥工業(yè)中蛋白酶被用于制備藥劑,如傷口清創(chuàng)的藥膏、燒傷疤痕軟化、消炎消腫、祛痰等。中性蛋白酶具有廣泛的多樣性和底物特異性,使其在研發(fā)高效治療藥劑方面優(yōu)勢明顯。來自米曲霉的中性蛋白酶可被用作消化助劑,糾正某種裂解酶缺陷病癥。梭菌膠原酶或枯草桿菌蛋白酶聯(lián)合廣譜抗生素用于治療燒傷和創(chuàng)傷。由枯草芽孢桿菌產(chǎn)生的中性金屬蛋白酶能特異性的水解纖維蛋白和膠原蛋白,所以廣泛應(yīng)用于皮膚病學(xué)上,6、中性蛋白酶的發(fā)展趨勢 從目前國內(nèi)中性蛋白酶發(fā)展以及研究報道來看,我國中性蛋白酶的研究總體水平仍處于一個起步階段。大量研究表明,采用基因工程與傳統(tǒng)的微生物育種方式結(jié)合來提高菌種產(chǎn)酶量是一條值得繼續(xù)探索的發(fā)展途徑。今后發(fā)展的方向主要有以下幾個方面： 繼續(xù)通過基因工程與