第五章.溶菌酶ppt

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1979和1980年黄波田和陈悦书用PH6.4, 1/15mol/L磷酸缓冲液代替原液。
1981年,王彦峰将PBS液改为甘油-Tris(三 羟甲基氨基甲烷)缓冲液。
1975年,Roben等用活性染料标记ML底物, 建立了测溶菌酶活力的比色法。
1986年郭卫星改进成微量比色法。
原理:染色的ML在溶菌酶作用下溶解,溶液 颜色的深度与酶含量有关。波长520nm测光 密度值,求溶菌酶含量。
5.1.3 人溶菌酶和哺乳动物溶菌酶
人的眼泪、唾液、鼻黏液、乳汁等分泌液中及肝、 肾、淋巴等组织中都含有溶菌酶。1ml眼泪中含 7mg溶菌酶,1ml乳汁中含0.1~0.5mg。
人溶菌酶由130个氨基酸残基组成,分子量为 14600。有四对二硫键,其一级结构与鸡蛋清溶 菌酶差异很大,高级结构很相似。
鸡蛋清溶菌酶可以保护鸡蛋中为鸡胚生长发 育提供营养的蛋白质和脂类。它是第一个被 阐明结构的酶,也是目前重点研究的对象。
鸡蛋清约含0.3%的溶菌酶,能有效地水解革 兰氏阳性菌细胞壁的肽聚糖(细菌细胞壁的 主要成份),对革兰氏阴性菌无作用(乙二 胺四乙酸存在对某些菌有作用)。
由18种129个氨基酸残基组成,其分子 量为14000,最适温度为50 ℃最适pH 为7。在pH4~7、100℃处理1min不失 活,是一种稳定的蛋白质。但在碱性条 件热稳定性较差。
1967年,英国菲利普集团阐明了鸡蛋清溶 菌酶的底物结构。
之后溶菌酶研究迅速发展,并应用于医疗、 食品防腐及生物工程中。
溶菌酶本身是一种无毒的碱性蛋白质,对 人体完全无毒副作用,且具有抗菌、抗病 毒、抗肿瘤的功效,因此可作为食品杀菌 剂和防腐剂,是近年来备受关注的一种安 全性很高的天然抗菌物质。目前已被许多 国家和组织(美国、日本、FAO/WHO、 中国等)批准作为食品防腐剂或保鲜剂。
一级结构由18种129个氨基酸残基组成, 结构稳定性与其高级结构的四对二硫键、 氢键和疏水相互作用有关。
鸡蛋清溶菌酶结构图
5.1.2 其他禽类蛋清溶菌酶
已从其他禽类如火鸡、鹌 鹑、珍珠鸡、鸭、鹅等蛋 清分离出溶菌酶。
溶菌酶的比活性与鸡蛋清 溶菌酶很相似,氨基酸残 基也是129个,但排列顺 序稍有不同,活性部位氨 基酸残基排列基本相同。
1909年,拉希琴科(Laschtschenko)指出鸡 蛋清有强抑菌作用是酶作用的结果。
1922年(青霉素发现前6年),弗来明发现人的 鼻涕、唾液和眼泪也有强抑菌作用,并将其溶菌 作用的因子命名为溶菌酶。
溶菌酶
1959-1963年,索尔顿等证明溶菌酶能切 断N-乙酰壁酸和N-乙酰氨基葡萄糖之 间的β-1,4-糖苷键。
溶菌酶具有破坏细菌细胞壁结构的功能,以此酶 处理G+细菌得到原生质体,因此,溶菌酶是基因 工程、细胞工程中细胞融合操作必不可少的工具 酶。
溶菌酶可用作食品防腐剂。现已广泛应用于水产 品、肉食品、蛋糕、清酒、料酒及饮料中的防腐; 还可以添入乳粉中,使牛乳人乳化,以抑制肠道 中腐败微生物的生存,同时直接或间接地促进肠 道中双歧杆菌的增殖。此外,还能利用溶菌酶生 产酵母浸膏和核酸类调味料等。
高向阳(1997)研究了萝卜溶菌酶对白色葡萄 球菌、金黄色葡萄球菌、枯草杆菌3种革兰氏阳 性菌和变形菌、大肠杆菌、鼠伤寒沙门氏杆菌、 多杀巴斯德氏杆菌、雏白痢沙门氏菌、产气杆 菌6种革兰氏阴性菌及酿酒酵母、总状毛霉、黑 根霉、黑曲霉、青霉5种真菌的抑菌效果。同时 还研究了萝卜溶菌酶对白菜软腐病菌、柑橘溃 疡病菌、番茄青枯病菌、水稻细条病菌、水稻 白叶枯病菌及烟草青枯病菌6种植物病原细菌的 抑菌效果。试验证明:萝卜溶菌酶对上述参试 的菌种都有不同程度的抑菌作用。
免疫学方法有:免疫电镜技术、免疫组化法 与ELISA法等。
5.4.1 琼脂平板打孔法(平皿法)
1966年Osserman首次用该法检测泪液溶 菌酶的含量,国内沿用至今。
原理:在含ML(溶壁微球菌)的琼脂板中打 孔,加入检品37℃作用18-24h后,孔周 出现透明溶菌环,测其直径,查标准曲线, 求其含量。
是一种特异性酶,由噬菌体的感染、诱 导产生,未感染宿主细胞不含该酶。
含有164个氨基酸残基,相对分子质量为 18700。噬菌体溶菌酶与鸡蛋清溶菌酶 一级结构相差较大,但高级结构大体相 似。
5.2 溶菌酶的性质
5.2.1 热和化学物质对溶菌酶活性的影响 溶菌酶在酸性pH下较稳定,且耐热性强。
1985年,周振鹤用琼脂糖代替琼脂,并用 天青染色液染色,使溶菌环更易测直径。
缺点:灵敏度低,重复性差,不适合大批 检样。
5.4.2 比浊法
1973年,仁科匍启等用比浊法测酶的活力。
原理:以PH6.6,1/15mol/L磷酸缓冲液 (PBS液)稀释干菌粉配成底物液,在溶菌酶 催化下,使细胞壁肽聚糖水解。分光光度计 600nm测光密度,查标准曲线求酶含量。
优点:精确度高,重复性好,显色液稳定, 操作简便。
5.5 溶菌酶在食品上的应用
目前实际应用的、已商品化的是鸡蛋清溶菌酶。 我国是采用蛋厂鸡蛋壳中残留的蛋清为原料生产
的,为白色、无臭结晶粉末,味甜。 近年来,人们正研究用微生物发酵法生产溶菌酶,
同时还采用酶修饰法先后合成了溶菌酶-环糊精 和溶菌酶一半乳甘露聚糖,经过修饰后的溶菌酶 不仅抗菌活性稳定,而且具有良好的乳化性能, 应用于发酵饮料中防腐效果较好。
溶菌酶的分类
根据其来源不同可分为动物、植物和微生物溶 菌酶。目前正研究微生物发酵法生产该酶,并 用酶修饰法修饰,以期改良某些性质。
按其所作用的微生物不同分两大类,即细菌细 胞壁溶菌酶和真菌细胞壁溶菌酶。真菌细胞壁 溶菌酶包括酵母菌细胞壁溶解酶和霉菌细胞壁 溶解酶。
5.1 溶菌酶的来源
5.1.1 鸡蛋清溶菌酶
在150-300℃焙烤时,溶菌酶被作为一个 纯蛋白质样品,在250℃几乎所有溶菌酶的氨 基酸被分解。这对氨基酸和糖形成风味和有 色物质美拉德反应非常重要。
5.2.3 络合作用对溶菌酶活性的影响
蛋黄和溶菌酶形成络合物而使溶菌酶失活。 N-乙酰葡萄糖胺的β(1,4)键多聚物是溶
菌酶的底物,它们之间形成一聚、二聚、三 聚、四聚体,是溶菌酶的抑制剂。 甲状腺素、胸腺胞核、酵母胞核、咪唑和吲 哚衍生物易与酶形成络合物。 阳离子如Co2+、Mg2+、Hg2+ 、Cu2 + (10-3 -10-2mol/L)可抑制酶的活性。
微生物产生的溶菌酶
(4)β-1.磷酸甘露糖酶,该酶与甘露糖酶共 同作用,能分解原生质。
(6)壳多糖酶,与葡聚糖酶共同作用,能分 解霉菌和酵母菌。
(7)脱乙酰壳多糖酶,主要分解霉菌中 的毛霉和根霉。
5.1.6 细菌噬菌体产生的溶菌酶
5.5.3 在乳制品中的应用
溶菌酶在人乳中含量最高,人工喂养或母乳 不足的婴儿食品中应添加溶菌酶。
溶菌酶是婴儿食品、婴儿配方奶粉的良好添 加剂。
能有效延长巴氏杀菌奶的保存期,也适用于 超高温杀菌奶。
在奶酪中期、后期熟化中加入溶菌酶可以防 止其后期起泡以及奶酪风味变化。对乳酸菌 生长有利且能抑制污染菌引起的酪酸发酵。
5.1.5 微生物产生的溶菌酶
从60年代发现微生物也产生溶菌酶,且进展很快。 目前微生物产生的溶菌酶大体上分7种:
(1)内N-乙酰已糖胺酶,此酶同于鸡蛋清溶菌酶, 破坏细菌细胞壁肽聚糖中的β-1.4糖苷键。
(2)酰胺酶,切断细菌细胞壁肽聚糖与缩氨酸的 N-乙酰胞壁酰-L-丙氨酸键。
(3)内肽酶和蛋白酶,使肽“尾”及肽“桥”内的 肽键断裂。
5.5.1 溶菌酶用于水产类熟制品、 肉类制品的防腐和保鲜
溶菌酶可作为鱼丸等水产类熟制品和香肠、 红肠等肉类熟制品的防腐剂。
使用方法:0.05%酶溶液喷洒在食品上。 可以作为低温肉制品的保鲜。 方法:用浓度为肉重0.01-0.05%的酶溶
液在肉块上滚揉或斩拌时加入。
例子:
在蒸煮后的鱼肉中加0.05%的溶菌酶。 再于90ºC加热15分钟保存,或用1% 明胶和0.05%的溶菌酶混合液浸泡鱼 肉10秒后再保存,9天内菌株数没有 明显增加。而未经处理的则增加3-5 个数量级。
由于G+细菌细胞壁几乎全部由肽聚
糖组成,而G-细菌只有内壁层为肽聚糖, 因此,溶菌酶只能破坏G+细菌的细胞壁, 而对G-细菌作用不大。人和动物细胞无 细胞壁结构亦无肽聚糖,故溶菌酶对人和 动物的体细胞无毒性作用。
5.4 溶菌酶的活力测定
测定溶菌酶活力的方法有酶学方法和免疫学 方法两大类。
酶学方法主要包括:平皿法、光学测定法与 溶菌酶活性细胞化学染色法以及它们原法的 改良法,其次还有火箭电泳法、荧光光谱法、 快速酶标记测定法、凝胶电泳染色法和紫外 扫描法等。
人溶菌酶的酶活性比鸡蛋清溶菌酶高3倍。
已从牛、马等乳汁分离出溶菌酶,物、化性质与 人的基本相似,结构不明。溶菌活性也远低于人 溶菌酶约3 000倍。
5.1.4 植物溶菌酶
已从木瓜、无花果、芜菁、大麦等分离 出了溶菌酶,其分子量较大,约为24 000~29 100。
植物溶菌酶对溶壁小球菌的溶菌活性不 超过鸡蛋清溶菌酶的1/3,但对胶体状 甲壳质的分解活性则是鸡蛋清溶菌酶的 10倍。
碱性条件下则不稳定。 改性溶菌酶通过增加二硫键可以使其耐热性
增强,有利于食品防腐。 水能促进溶菌酶的热变性。 糖和聚烯烃类能增加酶的热稳定性,酶的活
性需盐溶液存在。具有羧基等的多糖可抑制 酶的活性。
5.2.2 加工过程对溶菌酶活性的影响
在脂类食品的加工过程中,溶菌酶产生的游 离基易和不饱和脂肪酸过氧化作用产生过氧 化氢,导致产品损坏。酶的活性随水活性的 上升而下降。
5.5.2 溶菌酶用于海鲜产品和水 产品的保鲜
传统的冰冻或盐腌缺点:冰冻需制冷设备, 成本高且不方便。盐腌会改变风味。
酶法保鲜技术简单易行,应用日趋广泛。 使用方法:将海鲜和水产品在0.05%的溶
菌酶溶液和3%的食盐溶液中浸泡5分钟, 沥去水分,常温或冷藏储存。
例子:
当把新鲜的海胆放入含有0.1M甘氨酸、 0.05%溶菌酶和3%食盐混合液中浸泡5 分钟,除去水分,保存在5ºC的冷库中,9 天后可直接供食用,无馈烂,色泽无变化。 若仅用食盐浸渍的,第4天就不能使用。
5.3 溶菌酶的作用机制
作用机制:以细菌为例,溶菌酶通过其肽键上 第35位的谷氨酸和第52位的天冬氨酸构成活 性部位,催化细菌细胞壁的N-乙酰葡糖胺 (NAG)和N-乙酰胞壁酸(NAM)间结合键 的水解,切断NAG 和NAM间的β-1,4糖苷 键,破坏细胞壁的主要成分肽聚糖的合成,使 细胞壁失去韧性,又因水进入菌体内,细菌发 生渗透性裂解而被溶解。
此外,由于溶菌酶只对G+细菌起作用,为了加强 其溶菌作用,人们常与甘氨酸、植酸、聚合磷酸盐 等物质配合使用,以增强对G-细菌的溶菌作用,在 食品防腐中效果显著。
溶菌酶作为一种存在于人体正常体液及组织中的 非特异性免疫因素,具有多种药理作用,它具有 抗菌、抗病毒、抗肿瘤的功效,目前日本已生产 出医用溶菌酶,其适应症为出血、血尿、血痰和 鼻炎等。
在奶酪生产中使用溶菌酶的主要优点有:替代 人工防腐剂;保持原有风味防止机械去菌而可 能带来的后污染;费用不高。
溶菌酶在下列奶酪生产中使用:
Caciocavallo(棒杆形干酪)、Tilsit(梯斯特干酪)、 Edam(埃达姆干酪)、Appenzeller(阿蓬泽尔干 酪)、Baby Swiss(小瑞士干酪)、Swiss(瑞士 干酪)、Provolone(梨形干酪)、Gouda(古达 干酪)等。
5.5.4 在糕点和饮料上的应用
溶菌酶可防止糕点的微生物繁殖。 在PH6.0-7.5的饮料和果汁中加入该酶具有良好
第5章 溶菌酶
本章重点
[目的要求]
掌握溶菌酶的来源、性质, 熟悉溶菌酶酶的应用, 了解溶菌酶的作用机制和活力测定。
[重点难点]
溶菌酶的性质、作用机制
溶菌酶
又称细胞壁溶菌酶,专门用于微生物细胞壁的水 解。
对溶菌酶的研究是从1907年尼科尔(Nicolle) 发表枯草芽孢杆菌溶解因子开始的。
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