生物药物溶菌酶的药理与作用特点

2021/1/26 13:40:07

溶菌酶是一种什么样的的功效成分?

溶菌酶(Lysozyme)是一种糖苷水解酶,由18种129个氨基酸残基组成,具有4个S-S键,分子量为14307,专门作用于微生物细胞壁的水解酶,又称细胞壁溶解酶。溶菌酶作用底物的特异性很强,不同来源的溶菌酶作用的底物不同。溶菌酶普遍存在于人和动物的多种组织、分泌液及某些植物、微生物中,可以溶解革兰氏阳性菌的细胞壁,对其有较强的杀灭作用,用于食品保鲜(特别是奶酪、清酒生产)、医药(药片、胶囊、眼药水、润喉液)、及科学研究中有着广泛的前景。

成分特点

1. 溶菌酶为淡黄色或白色固体粉末,医药级2万u/mg。具有抗菌性强、安全无毒、热稳定性好、作用范围广等独特优势。

2. 溶菌酶是一种蛋白质,对pH值变化较稳定,酸性条件下对热稳定。通过采用生物工程技术,调节蛋白pH值及用离子交换树脂吸附分离而制得精酶,酶活力大于1.8万u/g,达到医药级的标准。

3. 溶菌酶可溶解细菌细胞,特别是对G+菌(革兰氏阳性菌)有较强作用,具有抗菌素的各种性质,这是因为它对细胞膜壁的糖蛋白质(类粘蛋白)的多糖类,具有分解作用,可分解几丁质和乙二醇几丁质,得到碳酸盐、盐酸盐和硝酸盐结晶等。

成分来源

按其来源不同可分为:蛋清溶菌酶、动物溶菌酶、植物溶菌酶、微生物溶菌酶和噬菌体溶菌酶。按其作用的微生物不同分为两大类,即细菌细胞壁溶菌酶和真菌细胞壁溶菌酶。细菌细胞壁溶菌酶有两种,一种是作用于β-1,4糖苷键的细胞壁溶菌酶,另一种是作用于肽“尾”和酰胺部分的细胞壁溶菌酶。真菌细胞壁溶菌酶包括酵母菌细胞壁溶解和霉菌细胞壁溶菌酶。

1.鸡蛋清溶菌酶

鸡蛋清溶菌酶占蛋清总蛋白的3.4%~3.5%,是动植物中溶菌酶的典型代表,也是目前了解最清楚的溶菌酶之一。可分解溶壁小球菌、黄色八迭球菌和巨大芽孢杆菌等革兰氏阳性菌,但对革兰氏阴性菌无效。当有二乙烯三胺存在时,某些G-细菌也可被该酶分解。鸡蛋清中的溶菌酶分子量为14000,等电点为11.1,最适温度为$2,最适pH值为6~7,其化学性非常稳定,pH值在1.2~11.3范围内剧烈变化时,结构仍然稳定。其在酸性环境下,是一种热稳定的碱性蛋白质,但在碱性环境中对热稳定性较差;在pH值4~7范围内,$2处理1分钟,仍保持原酶活性。其一级结构由129个氨基酸组成,维持其结构的主要使用力为二硫键、氢键和疏水键。

鸡蛋清溶菌酶作为溶菌酶类的典型代表,是一种稳定的蛋白质,其最适pH为4-6.5,最适温度为35℃,溶菌酶制剂的饲料最适添加量须按照不同动物及具体生产要求而定。

2.人和哺R动物的溶菌酶 

在人和许多哺R动物的组织和分泌液中均发现有该酶存在。已知在人的眼泪、鼻黏液、唾液、R汁等分泌液中及肝、肾、淋巴组织含有此酶。人体溶菌酶与鸡蛋清溶菌酶的高级结构却十分相似,人溶菌酶活性比鸡蛋清溶菌酶活性高3倍。目前,从牛马等的R汁中已分离出了溶菌酶,其理化性质与人溶菌酶基本相似,但结构尚不清楚,其溶菌活性也远低于人溶菌酶约3000倍。

3.植物中的溶菌酶

目前已从木瓜、芜菁、大麦、无花果和卷心菜等植物中分离出溶菌酶,其分子量较大,约为24000~29000。植物溶菌酶对溶壁小球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。

4.微生物产生的溶菌酶

细菌细胞壁溶菌酶有3类:(1)内N-乙酰已糖胺酶:破坏细菌细胞壁肽聚糖中的,β-1,4糖苷键,与鸡蛋清溶菌酶作用相似。(2)酰胺酶:切断细菌细胞壁肽聚糖中N-乙酰胞壁酸肽“尾”之间的N-乙酰胞壁酸-L-丙氨酸键。(3)内肽酶:能使肽“尾”及肽“桥”内的肽键断裂;现有的研究发现,细菌细胞溶菌酶的抗菌活性不仅表现在其分解细菌细胞壁方面,当酶受到不可逆抑制后,它仍然显示出抗菌效应;不同来源的细菌细胞壁溶菌酶有不同的抗菌范围,并对不同类型的肽聚糖有特异性。

真菌细胞壁溶菌酶有4种:(1)β-1,3、β-1,6葡聚糖酶和甘露聚糖酶:能分解酵母细胞的细胞壁。(2)壳聚糖酶:与葡聚糖酶共同作用,可分解霉菌和酵母。(3)磷酸甘露糖酶:与葡甘露糖酶共同作用,可分解原生质。(4)脱乙酰壳多糖酶,主要分解毛霉和根霉。

5.噬菌体产生的溶菌酶 

该酶是一种特异性的酶,由噬菌体感染、诱导产生,但未被感染的宿主细胞内不存在该酶。

6.基因工程溶菌酶

一些动物和微生物来源的溶菌酶已进入工业化生产。国内企业生产的溶菌酶主要是蛋清溶菌酶。已有利用DNA重组技术将人等物种的溶菌酶基因克隆到原核或真核生物中进行表达的报道。

作用机理

溶菌酶能有效地水解细菌细胞壁的肽聚糖,其水解位点是N-乙酰胞壁酸(NAM)的1位碳原子和N-乙酰葡萄糖胺(NAG)的4位碳原子间的β-1.4糖苷键。肽聚糖是细菌细胞壁的主要成份,它是由NAM、NAG和肽“尾”(一般是4个氨基酸)组成,NAM与NAG通过β-1.4糖苷键相连,肽“尾”则是通过D-R酰羧基连在NAM的第3位碳原子上,肽尾之间通过肽“桥”(肽键或少数几个氨基酸)连接,NAM、NAG、肽“尾”与肽“桥”共同组成了肽聚糖的多层网状结构,作为细胞壁的骨架,上述结构中的任何化学键断裂,皆能导致细菌细胞壁的损伤。对于革兰氏阳性菌(G+),如藤黄微球菌、枯草杆菌或溶壁微球菌等,与革兰氏阴性菌(G-),如大肠杆菌、变形杆菌、痢疾杆菌、肺炎杆菌等,其细胞壁中肽聚糖含量不同,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,溶菌酶对于破坏G+细菌的细胞壁较G-细菌强。

临床应用

溶菌酶具有抗菌、抗病毒、抗肿瘤的功效,目前日本已生产出医用溶菌酶,适应症为出血、血尿、血痰和鼻炎等。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。

溶菌酶是一种无毒、无副作用的蛋白质,又具有一定的溶菌作用,因此可用作食品防腐剂。如添入R粉中,使牛R人R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。

目前实际应用的、业已商品化的是 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-半R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R化性能,应用于发酵饮料中防腐效果较好。此外,由于溶菌酶抗菌谱较窄,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。

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