大蒜超氧化物歧化酶_SOD_的提取及分離純化方法研究綜述

1、摘要:引證有關(guān)文獻(xiàn)資料,闡述了大蒜SOD 的理化性質(zhì)及其提取、分離純化方法,并分析了其應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞:超氧化物歧化酶;大蒜;分離純化;方法中圖分類號(hào):Q554;S633.4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1001-1463(201010-0047-03Research Progress on Isolation and Purification of Superoxide Dismutase(SODfrom GarlicWANG Zhi-xin,KONG Wei-bao(College of Life Science,Northwest Normal University,Lanzhou Gans

2、u 730070,China Abstract:In this paper,the relative document material by citing related facts and data,by analyzing the physical and chemicalproperties of garlic SOD,extraction,isolation and purification methods,and its development prospects are reviewed respectively.Key words:Superoxide dismutase;Ga

3、rlic;Isolation and purification;M ethod 大蒜超氧化物歧化酶(SOD 的提取及分離純化方法研究綜述王志鑫,孔維寶(西北師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,甘肅蘭州730070超氧化物歧化酶(Superoxide Dismutase,EC簡(jiǎn)稱SOD ,是一種廣泛存在于動(dòng)物、植物和好氧微生物細(xì)胞中的金屬酶,能夠催化超氧陰離子自由基O 2-發(fā)生歧化反應(yīng),平衡機(jī)體代謝過程中產(chǎn)生的過多自由基,減輕或消除自由基對(duì)機(jī)體的危害,具有抗衰老、免疫調(diào)節(jié)、抑制腫瘤、調(diào)節(jié)血脂、抗輻射、消炎和美容等功效1。SOD 是當(dāng)前生物學(xué)、醫(yī)學(xué)以及化學(xué)研究領(lǐng)域中世界級(jí)的課題之一,且在我國(guó)已有

4、專著問世2。大蒜是百合科(Liliaceae 蔥屬植物生蒜(Allium sativum L.的鱗莖,大蒜中SOD 的含量比其它植物相對(duì)較高3。從大蒜中提取SOD ,成本低廉,因此研究大蒜SOD 的分離純化方法,對(duì)SOD 生產(chǎn)工藝優(yōu)化及應(yīng)用具有重要意義。1大蒜SOD 的主要理化性質(zhì)根據(jù)所結(jié)合的金屬輔基不同,將存在于高等生物體內(nèi)的SOD 分Fe-SOD 、Mn-SOD 和Cu/Zn-SOD 3種,大蒜SOD 屬于Cu/Zn-SOD 4。Cu/Zn-SOD 是由兩個(gè)相同亞基構(gòu)成的二聚體蛋白,每個(gè)亞基含一個(gè)銅原子和一個(gè)鋅原子,相對(duì)分子質(zhì)量約為16kD 。通過對(duì)其構(gòu)象熔點(diǎn)溫度的研究表明,Cu/Zn-S

5、OD 是迄今發(fā)現(xiàn)熱穩(wěn)定性最高的球蛋白之一。Cu/Zn-SOD 的等電點(diǎn)在pH 5.3左右,其酸堿穩(wěn)定性好,在pH 5.29.6之間其催化速率與pH 無關(guān),在pH 4.511.0之間能穩(wěn)定存在。與Fe-SOD 、M n-SOD 相比,Cu/Zn-SOD 對(duì)一些化學(xué)試劑或變性劑的敏感性有明顯的差別5。DTT (二巰基蘇糖醇、氰化物、H 2O 2、SDS (十二烷基硫酸鈉和DTDM (4,4-二硫代二嗎啉等對(duì)SOD 的活力影響顯著,并可將其沉淀,但它在其它理化因素作用下相對(duì)較穩(wěn)定6。以上性質(zhì)也決定了大蒜SOD 來源豐富、易于處理,生產(chǎn)工藝也易得到簡(jiǎn)化。2大蒜SOD 的提取分離及純化方法2.1磷酸緩沖

6、液提取法大蒜SOD 極性較大,易溶于水,根據(jù)“相似相溶”原理,可用水來浸取大蒜SOD 。但磷酸緩沖液可提高浸取效能,增加制品的穩(wěn)定性,減少雜質(zhì),因此實(shí)際操作中常采用pH 7.8的磷酸緩沖液代替水來浸取大蒜SOD ,得到粗提取液。但該收稿日期:2010-06-28作者簡(jiǎn)介:王志鑫(1988,男,甘肅武威人,制藥工程專業(yè)在讀本科生。聯(lián)系電話:(0150*。E-mail :gslzzhixin方法的缺點(diǎn)是浸出范圍廣,選擇性相對(duì)差,容易浸出大量的無效成分,且會(huì)引起一些有效成分的水解。2.2超聲波破碎法超聲波破碎法是一種輔助浸取技術(shù)。超聲波的“空化作用”產(chǎn)生極大的壓力造成被粉碎物細(xì)胞壁或整個(gè)細(xì)胞的破碎,

7、而且整個(gè)破碎過程在瞬間完成。超聲波產(chǎn)生的振動(dòng)作用增加了溶劑的湍流強(qiáng)度及相接觸面積,加快了細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)的釋放、擴(kuò)散及溶解,從而強(qiáng)化了傳質(zhì),有利于細(xì)胞內(nèi)有效成分的提取7。馮艷偉等以超聲波破碎法輔助磷酸緩沖液提取大蒜SOD,并通過單因素試驗(yàn)法得出最佳破碎功率為300W,最佳破碎時(shí)間為5 min,同時(shí)也指出超聲波會(huì)使部分酶失活8。2.3熱變性法熱變性法是依據(jù)SOD的熱穩(wěn)定性原理設(shè)計(jì)的。SOD的熱穩(wěn)定性高,當(dāng)溫度低于60時(shí),短時(shí)間的熱處理不會(huì)使酶活力有明顯的變化,而一般的雜蛋白卻在溫度高于55時(shí)就易變性沉淀,因此,對(duì)大蒜粗提液進(jìn)行短時(shí)間的熱處理可以達(dá)到去除雜蛋白的目的。孫永君研究得出提取植物SOD的最適宜

8、溫度為5565,最適宜的熱變時(shí)間為15min9。張書文等則采用二次變溫?zé)嶙冃苑ǚ蛛xSOD,大大縮短了生產(chǎn)周期,降低了生產(chǎn)成本,提高了產(chǎn)品的收率和質(zhì)量10。熱變性法作為一種初步的純化手段,操作簡(jiǎn)便,經(jīng)濟(jì)實(shí)惠,是工業(yè)上常用的分離SOD的方法。2.4有機(jī)溶劑分級(jí)沉淀法2.4.1丙酮沉淀法利用向蛋白質(zhì)溶液中加入弱極性的有機(jī)溶劑,改變?nèi)芤旱慕殡姵?shù),使不同種類蛋白質(zhì)的溶解度產(chǎn)生不同程度降低的原理可進(jìn)行蛋白質(zhì)的純化。在粗酶液中逐量加入丙酮,可使SOD 及其他雜蛋白的溶解度發(fā)生變化,依次從溶液中沉淀出來。鄧旭等研究認(rèn)為,當(dāng)丙酮加入量達(dá)到l.0 (V/V時(shí),SOD比活最高,再加入丙酮將導(dǎo)致SOD活力急劇下降,

9、因此當(dāng)以去除雜蛋白為目的時(shí),丙酮的加入量不宜超過1.0(V/V11。原龍等通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步得出,不同的丙酮加入量與攪拌時(shí)間會(huì)影響SOD的純化結(jié)果,其最佳條件是加入0.6倍體積的丙酮,攪拌15min12。2.4.2氯仿-乙醇沉淀法氯仿-乙醇混合液可作為萃取劑將SOD溶解于其中,并將雜蛋白沉淀出來。另外,Cu/Zn-SOD對(duì)氯仿-乙醇的作用不敏感,處理12h后,活性沒有明顯的變化,因此用該法粗分離大蒜SOD是可行的。張恒等試驗(yàn)證實(shí),按氯仿-乙醇(V/V=3:5混合液為提取液量的2.5倍加入氯仿-乙醇混合液,離心分離后棄去沉淀,可得到較純的SOD酶液13。2.5硫酸銨分級(jí)鹽析法鹽析法是利用在高濃度的電

10、解質(zhì)溶液內(nèi),蛋白質(zhì)分子表面的水化層被破壞,使蛋白質(zhì)分子中的憎水區(qū)域裸露而導(dǎo)致蛋白質(zhì)分子聚集沉淀的原理進(jìn)行分離的。硫酸銨因價(jià)廉、溶解度大,且能使蛋白質(zhì)的性質(zhì)保持穩(wěn)定而成為最常用的鹽析劑。孫永君通過試驗(yàn)表明,當(dāng)植物SOD粗提液中硫酸銨的濃度從0開始增加時(shí),其中的一些蛋白質(zhì)的溶解度增加,表現(xiàn)出“鹽溶”特性;但當(dāng)硫酸銨濃度繼續(xù)升高達(dá)到50%的飽和濃度時(shí),超過了某些雜蛋白的溶解上限值,其溶解度又會(huì)先后以不同的速度下降,分別析出沉淀,而該濃度下植物SOD仍表現(xiàn)出“鹽溶”特性;但由于SOD的沉降系數(shù)較小,當(dāng)硫酸銨的飽和度達(dá)到90%時(shí),植物SOD的溶解度才會(huì)下降而沉淀析出9。孔祥智等則以40%和90%為分步鹽

11、析的最佳硫酸銨飽和點(diǎn),從大蒜提取物中獲得了SOD和蒜氨酸酶兩種產(chǎn)品14。硫酸銨分級(jí)鹽析法的優(yōu)點(diǎn)是方便易行,常溫下也不易導(dǎo)致酶失活,純化效果好,與有機(jī)溶劑分級(jí)沉淀法相比更有利于保持蛋白質(zhì)的生理活性,但分辨率不及有機(jī)溶劑分級(jí)沉淀法。2.6透析透析是利用蛋白質(zhì)分子不能通過半透膜,而使蛋白質(zhì)和其他小分子物質(zhì)分開的方法。透析通常不作為純化酶的一種單元操作,但通過透析可除去酶液中的鹽類、有機(jī)溶劑、低分子量抑制劑等,所以它在純化過程中極為常用。透析膜的截留極限一般在分子量5000左右,而Cu/Zn-SOD 的分子量遠(yuǎn)高于此,因此適合于透析法。用透析法提純大蒜SOD的應(yīng)用已有多次報(bào)道15。2.7膜分離技術(shù)膜分

12、離技術(shù)采用了能選擇地透過一種物質(zhì),而阻礙另一種物質(zhì)透過的具有特定性質(zhì)的半透膜,它的實(shí)質(zhì)是利用物質(zhì)經(jīng)過膜的傳遞速度不同而使其得以分離。陸俊等探討了以中空纖維超濾膜分離提純大蒜SOD的工藝,通過正交試驗(yàn)確定出超濾膜分離法的最佳條件為溫度32,壓力0.15 M Pa,透過率90%,并在此基礎(chǔ)上研究了用納濾膜對(duì)SOD超濾液進(jìn)行濃縮純化的工藝條件,指出適宜的納濾條件為溫度32,壓力1.4M Pa16。Jingbing Wang等研究了以超濾膜高效分離和純化大蒜SOD的方法,采用分子截留量為50kD的PFS 膜,當(dāng)攪拌速率為1200rpm,滲透通量為26.5L/ (m2·h時(shí),SOD的純度可達(dá)9

13、8%17,并通過實(shí)驗(yàn)證實(shí),增加介質(zhì)中的銅、鋅離子濃度能顯著提高SOD的比活力(最佳離子濃度為Cu2+62.54mmol/L, Zn2+15.4mmol/L。膜分離技術(shù)是一項(xiàng)新興的分離純化技術(shù),具有被分離成分穩(wěn)定、分離率高、耗能低、無二次污染、操作方便等優(yōu)點(diǎn)。3大蒜SOD的應(yīng)用及其開發(fā)前景大蒜SOD在各領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛。在化妝品方面,可利用SOD抗氧化、防衰老的特效,研制大蒜美容水、生發(fā)水、美容霜、護(hù)膚霜、發(fā)乳等,現(xiàn)已有多種含大蒜SOD的產(chǎn)品面市;在食品方面,大蒜SOD可作為保健食品的功能因子或食品營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化劑,如大蒜酒、天然大蒜飲料、SOD酸牛乳、SOD調(diào)味劑等;大蒜SOD還可作為抗氧化劑有效防止

14、罐頭、果汁等食品的變質(zhì)及腐敗現(xiàn)象;也有大蒜SOD作為水果、蔬菜良好保鮮劑的報(bào)道。在醫(yī)藥方面,大蒜SOD是抗衰老、抗炎癥和自身免疫疾病患者廣泛應(yīng)用的藥品或藥物原料,大蒜SOD作為牙膏的添加劑,在預(yù)防和治療牙周疾病方面也有很高的利用價(jià)值;大蒜SOD無抗體干擾,有望在降血脂、治療癌癥、防御放射性傷害等方面起到重要作用。近年來,國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上已出現(xiàn)SOD產(chǎn)品供不應(yīng)求的趨勢(shì)。以往SOD的提取多以動(dòng)物血為原料,但由于原料來源有限,滿足不了市場(chǎng)的需要,因而從植物特別是無污染天然野生植物中提取SOD,逐漸成為科學(xué)界關(guān)注的方向。大蒜SOD與動(dòng)物SOD性質(zhì)相近,但前者原料來源更為廣泛,取材便利,生產(chǎn)成本低,并符合生

15、態(tài)可持續(xù)發(fā)展的要求。目前精品SOD每千克售價(jià)高達(dá)8萬多美元,被稱為“酶中黃金”,當(dāng)前大蒜SOD的提取分離還存在提取效率不高,分離純化程序復(fù)雜,產(chǎn)品活性降低等問題。隨著超聲波輔助萃取、大孔樹脂吸附、膜分離、雙水相萃取等新技術(shù)的推廣應(yīng)用,高純度大蒜SOD的獲取成為了可能。若能抓住市場(chǎng)機(jī)遇,積極優(yōu)化工藝條件,實(shí)現(xiàn)大蒜SOD 產(chǎn)品的大規(guī)模開發(fā),必將創(chuàng)造顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。參考文獻(xiàn):1IMEN HADJI SFAXI,DANIELA FERRARO,ELENAFASANO,et al.Inhibitory Effects of a manganese super-oxide dismutase I

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