蛋白质综述

蛋白酶的研究与进展The research and advance of protease

蛋白酶的研究与进展

摘要

蛋白酶是一类极为重要的工业生产和应用的酶类，现今已广泛的应用于食品行业、洗涤行业、皮革行业、医药卫生行业、饲料行业等。蛋白酶在国外的研究已经较为深入，而在我国关于蛋白酶的研究和发展还有很大的空间。本文主要关于蛋白酶的性质、应用、菌种选育和分类等方面进行了综述，并且对于蛋白酶的发展进行了展望。

关键词：蛋白酶应用菌种选育

The research and advance of protease

Abstract

protease is one of very important enzymes of industrial production and application,and it was be widely used in the food industry, washing industry, leather industry, medicine and health care industry, fodder industry and so on. protease has researched more thoroughly in abroad, however, it has a lot of space of protease’s research and advance in our own country. This paper mainly summarized that the protease’s nature, application,strain breeding, classification and so on, at the same time, it has looked into the distance of protease.

Keywords: protease, application, strain breed

一、蛋白酶的基本信息

蛋白酶是酶学研究最早的催化蛋白质水解的一类酶，是水解蛋白质多肽链肽解的一类酶的总称，蛋白酶与生物体内的生理活动和疾病的发生密切相关，如食物消化吸收，血液凝固，溶血，炎症，调节血压，细胞分化自溶，机体衰老、癌症转移，生理活性肽的活化等[1]。蛋白酶在动物内脏、植物茎叶、果实和微生物中广泛存在[2]，但由于微生物具有生长快速、生长条件较为简单，代谢过程特殊和分布广等特点，使得微生物成为蛋白酶的重要来源，最主要来源于细菌、放线菌和真菌中[3]。目前所用蛋白酶一般都是中温蛋白酶，最适酶活温度一般都在50℃左右，产酶菌的最适生长与产酶温度在30℃以上。

1957年我国开始对蛋白酶进行研究，经过40多年来几代人的努力，已具备一定的规模和水平，无论是酶的品种、产量和发酵水平上都有很大提高，个别酶制剂的发酵活力还达到国际领先水平。蛋白酶是一种用途广泛的酶制剂，各种蛋白酶已广泛使用在我国工农业生产的各个方面，有力地促进了有关行业的发展，但总体来说与国际先进水平相比各方面还有相当差距，我国碱性蛋白酶研究总体趋势发展较好，主要集中在高温耐碱性蛋白酶和常温碱性蛋白酶的研究，而酶活力不高仍是当前工业化工生产的一个最主要限制因素，高产碱性蛋白酶基因的筛选、克隆及表达方面的研究将为碱性蛋白酶活力的大大提高做出巨大的贡献[4]。目前，国外蛋白酶由于运用于多个行业，因此市场出现了供不应求的现象，其高产菌株的选育主要用基因工程技术和蛋白质工程手段进行工业微生物菌种的定向选育，目的性强，而且酶的结构也研究的比较深入，相信随着对蛋白酶研究的进一步深入，市场蛋白酶紧缺的现象将有所缓解[5,6]。

二、蛋白酶的分类

蛋白酶有外肽酶和内肽酶两大类，外肽酶对第五的C端或N端的肽键有作用，内肽酶只能水解大分子蛋白内部的肽键，是真正的蛋白酶。

2.1 蛋白酶按活性中心分类

2.1.1 丝氨酸蛋白酶：最适PH为9.5-10.5，碱性蛋白酶，部分为中性。广泛存在于动物胰脏、细菌、霉菌中，活性中心含丝氨酸残基，酶活性可受到二异丙基磷酰氟( D F P)，苯甲基磺酰氟( PMSF) 和马铃薯抑制剂( P I) 等的专一性抑制。生产碱性丝氨酸蛋白酶的微生物有节杆菌、链霉菌、黄杆菌、芽孢杆菌等细菌，在酵母、链孢霉、曲霉、担子菌等真菌中也存在碱性蛋白酶，丝氨酸蛋白酶依其专一性还可分为胰蛋白酶型、糜蛋白酶型、粘细菌型和葡萄球菌型四种类型。其中地衣芽孢杆菌生产的碱性蛋白酶因广泛使用在洗涤剂中，故知名度最高。

2.1.2 金属蛋白酶：最适PH7~8，主要为中性蛋白酶，活性中心大多数含Zn2+等二价金属，可受到金属螯合剂EDTA或菲绕呤( OP)的抑制。中性蛋白酶主要广泛存在于曲霉、芽孢杆菌、链霉菌等中，许多曲霉除生产中性蛋白酶外还生产酸性蛋白酶以及外肽酶，中性蛋白酶易自溶，使得酶的提取和应用都产生困难。2.1.3 天门冬氨酸蛋白酶：最适PH2.0~5.0，在酸性稳定，PH高于6时迅速失活，胃蛋白酶、真菌酸性蛋白酶都是活性中心含天门冬氨酸的酸性蛋白酶。

2.1.4 半胱氨酸蛋白酶：PH除个别为酸性外其余为中性，也称为巯基蛋白酶，广泛存在于原核生物和真核生物中，这类酶受到对氯汞苯甲酸( PCMB)的专一性抑制，但DFP、金属螯合剂对其无影响。

2.2 按其作用的最适PH分类

分为酸性蛋白酶，中性蛋白酶和碱性蛋白酶。

三、蛋白酶的性质

3.1 碱性蛋白酶的性质

碱性蛋白酶的分子量多数集中在18~35Kda，少数达到45Kda或82Kda，也有部分只有8Kda。大部分碱性蛋白酶的最适PH为9~11，少数蛋白酶的PH可达更高。部分二价金属离子如Fe2+、Mg2+、Mn2+等都能显著提高蛋白酶的活性，同时蛋白酶还具有强烈的底物特异性和自我剪切能力，并且受到温度、PH等外界环境的影响。微生物碱性蛋白酶均为胞外酶，与动植物源碱性蛋白酶相比具有下游技术处理相对简单、价格低廉、来源广、菌体易于培养、产量高、高产菌株选育简单、快速、具有动植物碱性蛋白酶所具有的全部特性，并且相对中性蛋白酶具有更强的水解能力和耐碱能力，有较大耐热性且有一定的酯酶活力，易于实现工业化生产，使得碱性蛋白酶的研究成为研究的热点[7]。

3.2 中性蛋白酶的性质

微生物来源的中性蛋白酶分为细菌性中性蛋白酶、真菌性中性蛋白酶、以及其它来源的中性蛋白酶。中性蛋白酶是最适作用PH介于6.0~7.5之间的一类蛋白酶，作为一种生物催化剂，它具有催化的反应速度快，无工业污染等优点，而且耐热性相对较低，在食物蛋白水解物的生产过程中成为控制酶活力的关键，大多数微生物中性蛋白酶中含有金属元素，部分酶蛋白含有一分子锌，起着酶同底物之间的桥梁作用，有些酶分子中尚含有若干原子的钙，钙离子能增加中性蛋白酶的稳定性[8]。

3.3 酸性蛋白酶的特性