溶菌酶的研究进展及优势分析

2019-04-17 版权声明 举报文章

[摘要] 近年来,随着对溶菌酶研究的深入,其应用日趋广泛,现分别从其结构、来源及应用方面对使用溶菌酶的优点作一综述。

[关键词] 溶菌酶; 生物活性; 应用

[中图分类号] R282.74 [文献标识码] B [文章编号] 1005-0515(2011)-05-326-01

The advantages of using lysozyme

Hui Qiusha

(Pharmaceutical College, Shandong university of traditional Chinese medicine, Jinan, Shandong, 250014,China,)

[Abstract] Recent years, with the deepening of the research of lysozyme, its application increased widely. In this paper I reviewed the advantages of using lysozyme from its structure, the source and application respectively.

[Keywords] lysozyme; bioactivity; application

对溶菌酶的研究,从20世纪初便开始了,那时候对它的认识只限于其对细菌的溶解作用,随着索尔顿等人弄清楚溶菌酶抑菌作用的机理,溶菌酶的研究步入了新的领域。近年来对溶菌酶的研究越来越多,其应用也越来越广泛,现从其结构、来源及应用等方面对使用溶菌酶的优点做一总结。

1 溶菌酶来源与分类 溶菌酶的来源很广泛,在生物体中,它存在于人体多种组织,鸟类和家禽的蛋清、哺乳动物的泪、唾液、血浆、尿、乳汁等等,其中鸡蛋清中分布最广。除了这些常见的来源,目前溶菌酶还可通过基因工程的方法发酵得到,在常食用的水果中也可分离出溶菌酶,足见其分布广泛。

根据溶菌酶生物来源,可将溶菌酶分为4类,即:细菌噬菌体溶菌酶、植物溶菌酶、微生物溶菌酶和动物型溶菌酶,其中动物型溶菌酶还可分为C型、G型和I型。由于大部分溶菌酶属于C型,即从鸡蛋清中提取出来,且其提取方法主要包括盐析、有机溶剂沉淀、选择性变性、离子交换层析等[1],故而操作简单,成本低,可广泛应用。另外根据溶菌酶的来源可知,它不是来源于人体本身,就是来源于人类日常食用的食品,因此对人体无毒害作用,这是其可以广泛使用的首要优势。

2 溶菌酶结构及作用机理 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蛋白质,在酸性条件下,溶菌酶的热稳定性很强,高温处理也不会导致其变性失活。自然条件下,大多数溶菌酶化学性质稳定,当pH值剧烈波动时其结构仍维持不变,活性亦不受影响[2]。

从结构上看,以蛋清溶菌酶为例,它由129个氨基酸残基组成,分子内含有四对二硫键,研究表明可通过增加二硫键来增加溶菌酶的稳定性,从而减小pH等因素对其的影响[3],扩大了其应用范围。

从其生物学功能上看,溶菌酶之所以能有效地水解细菌细胞壁的肽聚糖,主要是由于其活性基团Glu35、Asp52及Trp62残基。它们作用于细胞壁的N-乙酰胞壁酸(NAG)1位碳原子和N-乙酰葡萄糖胺(NAM)的4位碳原子间的β-1,4糖苷键使其断裂,从而导致细菌细胞壁的解体。实验证明,细胞壁中分子与酶结合后,溶菌酶专一性地作用于NAM-NAG键,从而提高了溶菌酶的选择性[4],增加了其杀菌、抗肿瘤等生物活性。

另外,实验证明,溶菌酶不会因为有机溶剂的处理而失活,当转移到水溶液中时,溶菌酶的活力可全部恢复,且溶菌酶可被冷冻或干燥处理,其活力不受影响,因此在使用溶菌酶过程中不必考虑溶剂等影响,减少使用时困难。

3 溶菌酶的应用 由于溶菌酶的主要生物活性是通过其活性集团作用于细菌细胞壁上的肽聚糖使其NAM-NAG键断裂,而人和动物细胞无肽聚糖结构,故溶菌酶对人体细胞无毒性作用,因此溶菌酶可用于食品加工生产的防腐及医药工业中,在临床上也具有潜在的使用价值。

3.1 溶菌酶在食品工业上的应用 溶菌酶是一种无毒的蛋白质,由于它能选择性地使目标微生物细胞壁溶解而使其失去生理活性,而不会造成食品中的其他营养成分的损失,故而溶菌酶作为一种天然可靠的防腐剂被广泛的应用于食品工业中。

作为一种食品添加剂,溶菌酶的主要功用是水解细菌细胞壁。该酶对革兰氏阳性菌种有分解作用,尤其是其中的枯草杆菌、耐辐射微球菌,另外对大肠杆菌、普通变形菌和副溶血性弧菌等也有一定程度溶解作用,有资料表明其最有效浓度约为0.05%,且与植酸、聚合磷酸盐、甘氨酸等配合使用,可有效提高其防腐效果[5]。

基于溶菌酶良好的应用前景和防腐功能,它已被广泛用于食品工业加工,如用于水产品、乳制品、酒饮料等行业[5-7],有的还应用于食品包装与保健功能性食品中[8]。

3.2 溶菌酶在医药行业的应用 目前应用最广、研究最多的是C型溶菌酶,由于其具有抗菌、抗肿瘤、抗病毒、调节免疫能力和内分泌的作用[9],故已被广泛用于医药行业中。由于溶菌酶在溶解各种细菌的同时,还可与各种诱发人体炎症的酸性物质结合,对其灭活,同时还可增加抗生素和其他抗菌药物的疗效,从而达到抗炎目的,因此它可作为各种炎性疾病的相关药物[10];由于其可以与RNA形成复合盐,证明可对冠状病毒有作用,故有学者曾将其应用于对SARS病毒的灭活作用中[11]等等。目前溶菌酶已作为一种常用生物制剂,在临床上用于治疗急慢性咽喉炎、口腔溃疡、水痘、带状疱疹和扁平疣等,与抗菌药物合用时治疗各种细菌和病毒感染。

3.3 溶菌酶在其他方面的应用 随着对溶菌酶研究的增多,它不仅仅只局限于食品和医药工业的应用,而是向多元化发展,如它可应用于体育领域中评价运动员的身体机能[12];可应用于生物工程中处理细菌从而得到原生质体的工具酶[4],还经常作为一种饲料被用于畜禽养殖,此时溶菌酶具有多种角色,如营养丰富的蛋白质、可杀菌防腐的添加剂以及增强畜禽免疫力等。

4 总结 作为一种具有丰富生物活性,且无毒害、无副作用的蛋白酶,溶菌酶具有多种优势。从来源上看,溶菌酶大多分布在人体及动植物体内,它通过其活性集团作用于细菌细胞壁NAM-NAG键上,而人和动物细胞无肽聚糖结构,故对人体细胞无毒性作用,又由于其分类较多,含量丰富,提取工艺简单,故生产成本低;从结构上看,它具有大分子碱性蛋白质结构,在一定酸性范围内和一定温度下,具有稳定性且不易失活,具有一定的生产稳定性和药效稳定性;从应用上看,溶菌酶由于其可使大多数革兰氏阳性菌溶解,故广泛应用于食品、医疗、体育、生物工程及畜禽养殖等各个行业上。

参考文献

[1] 刘洋,卜梦磊.溶菌酶提取过程中出现的问题及改进措施[J].生物学通报,2006,41(8): 48-50.

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[3] 吴晓英,林影,等.溶茵酶的研究进展[J].工业微生物,2002,32(4):55-58.

[4] 李敏.溶茵酶及其应用[J].生物学教学,2006.31(4):2-3.

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[6] 马美湖,张凤凯,等.冷却肉生产中保鲜技术的初步研究一溶菌酶、Nisin、Gna液保鲜效果的比较试验[J].食品科学,2002,23(8):235-241.

[7] 叶丹,连宾.溶菌酶及其应用[J].贵州科学,2003,21(3):67-70.

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[9] 王健发,娄可兴,等.具有替代抗生素潜能的绿色生物制剂――溶菌酶[J].新药动态,2008: 18.

[10] 何金花,刘誉,等.溶菌酶在医药中的应用及其研究进展[J].药学进展,2008,18(2):16- 19.

[11] 陈冬梅,王霆.溶菌酶的抗病毒作用及其抗艾滋病毒作用[J].广东药学,2005,15(5):2.

[12] 叶展红,李协群,等.溶菌酶的研究状况及在体育中的应用[J].广州体育学院学报,1998,18(2):38-40.

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