溶菌酶及其在畜禽飼料中的應(yīng)用

huawu

溶菌酶來(lái)源于動(dòng)物、植物和微生物，還可以通過(guò)基因工程大量生產(chǎn)溶菌酶。溶菌酶化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，是一種較耐熱的堿性蛋白質(zhì)；能水解細(xì)胞及真菌細(xì)胞壁中的N-乙酰氨基葡萄糖和N-乙酰胞壁酸之間的β-1，4糖苷鍵，具有抗菌消炎、抗病毒、增強(qiáng)機(jī)體免疫力等功效。將其用于飼料中具有防腐和殺菌、防治子豬腹瀉、防治胃腸炎和消化不良等作用，在畜禽飼料中具有廣闊的應(yīng)用前景。
    對(duì)溶菌酶的研究最早是從1907年發(fā)表枯草桿菌溶解因子的報(bào)告開(kāi)始的；兩年后，研究者指出，雞蛋清強(qiáng)烈的抑菌作用是酶作用的結(jié)果；1922年英國(guó)細(xì)菌學(xué)家Fleming發(fā)現(xiàn)人的唾液、眼淚中存在一種明顯溶解細(xì)菌細(xì)胞壁的成分，因其具有溶菌作用而將其命名為溶菌酶。隨著研究的不斷深入，發(fā)現(xiàn)不僅有溶解細(xì)菌細(xì)胞壁的溶菌酶，還有作用于真菌細(xì)胞壁的溶菌酶，同時(shí)對(duì)其作用機(jī)制也有了更深入的研究。溶菌酶作為畜禽飼料添加劑的應(yīng)用才剛開(kāi)始，國(guó)內(nèi)已有報(bào)道在畜禽生產(chǎn)中應(yīng)用溶菌酶，并取得了較好的飼養(yǎng)效果。
溶菌酶的化學(xué)性質(zhì)
    溶菌酶是一種廣泛存在于各種動(dòng)植物機(jī)體中的糖苷水解酶，使用于N-乙酰氨基葡萄糖和N-乙酰胞壁酸之間的β-1，4糖苷鍵，能分解某些細(xì)菌細(xì)胞壁中的粘多糖。雞蛋清溶菌酶是研究最清楚的一種溶菌酶，它是由129個(gè)氨基酸殘基組成的堿性球狀蛋白質(zhì)，在分子中的4對(duì)含硫氨基酸殘基間形成4個(gè)S-S鍵，等電點(diǎn)在pH值10.8左右，分子量為14000。其化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定，當(dāng)pH值在1.2~11.3的范圍內(nèi)劇烈變化時(shí)，其結(jié)構(gòu)幾乎保持不變。在酸性環(huán)境下，溶菌酶對(duì)熱的穩(wěn)定性很強(qiáng)，pH值4~7時(shí)100℃加熱處理45分鐘。干燥條件下在室溫可長(zhǎng)期保存，其純品為白色或微黃色結(jié)晶體或無(wú)定型粉末，無(wú)嗅，味甜，易溶于水，不溶于丙酮、乙醚。研究者1965年用X射線晶體結(jié)構(gòu)分析法闡明了溶菌酶的三維結(jié)構(gòu)，溶菌酶分子近橢圓形，大小為4.5nm×3.0nm×3.0nm，其構(gòu)象復(fù)雜，螺旋僅占25%，在分子的一些區(qū)域有伸展著的折疊結(jié)構(gòu)。研究表明，溶菌酶的內(nèi)部幾乎都為非極性的氨基酸殘基，疏水的相互使用在溶菌酶的折疊構(gòu)象中起到重要作用，其分子表面有一個(gè)較深的裂縫，其大小恰能溶納多糖底物的6個(gè)單糖，這是溶菌酶的活性部位。在溶菌酶的活性部位，由第三十五位的谷氨酸和第五十二位的天門(mén)冬氨酸殘基構(gòu)成的活性部位能水解微生物細(xì)胞壁N-乙酰氨基葡糖和N-乙酰胞壁酸間的β-1，4糖苷鍵。
溶菌酶的生物學(xué)功能
    細(xì)菌的細(xì)胞壁由胞壁質(zhì)組成，胞壁質(zhì)是由N-乙酰氨基葡糖及N-乙酰胞壁酸交替組成的多聚物，胞壁酸殘基上可以連接多肽，稱為肽聚糖。肽聚糖是細(xì)菌細(xì)胞壁的主要成分，它是由N-乙酰氨基葡糖、N-乙酰胞壁酸和肽“尾”（一般是4個(gè)氨基酸殘基）組成，N-乙酰氨基葡糖與N-乙酰胞壁酸通過(guò)β-1，4糖苷鍵相連，肽“尾”則是通過(guò)D-乳酰羧基連在N-乙酰氨基葡糖的第三位碳原子上，肽尾之間通過(guò)肽“橋”（肽鍵或少數(shù)幾個(gè)氨基酸殘基）相接，N-乙酰氨基葡糖、N-乙酰胞壁酸、肽“尾”與“肽”橋共同組成了肽聚糖的多層網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，作為細(xì)胞壁的骨架，上述結(jié)構(gòu)中的任何化學(xué)鍵斷裂，皆能導(dǎo)致細(xì)菌細(xì)胞壁的損傷。對(duì)于G+細(xì)菌與G-細(xì)菌，其細(xì)胞壁中肽聚糖含量不同，G+細(xì)菌細(xì)胞壁幾乎全部由肽聚糖組成，而G-細(xì)菌只有內(nèi)壁層為肽聚糖。
    溶菌酶能有效地水解細(xì)菌細(xì)胞壁的肽聚糖，其作用位點(diǎn)是N-乙酰氨基葡糖的1位碳原子和N-乙酰胞壁酸的4位碳原子間的β-1，4糖苷鍵，結(jié)果使細(xì)菌細(xì)胞壁變得松弛，失去對(duì)細(xì)胞的保護(hù)作用，最后使細(xì)菌細(xì)胞溶解死亡。溶菌酶之所以會(huì)對(duì)G+細(xì)菌有很強(qiáng)的殺傷力，而對(duì)G-細(xì)菌作用不大，是因?yàn)镚+細(xì)菌的細(xì)胞壁主要是由胞質(zhì)壁和磷酸質(zhì)組成的，其中的主要成分胞質(zhì)壁又是由雜多糖與多肽組成的糖蛋白，而這種雜多糖正是由N-乙酰氨基葡糖和N-乙酰胞壁酸以β-1，4糖苷鍵連結(jié)而成的。在體內(nèi)環(huán)境下，由于有分泌型免疫球蛋白A、補(bǔ)體參與，溶菌酶還能水解某些G-細(xì)菌，如大腸桿菌等。人和動(dòng)物細(xì)胞無(wú)細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)，故溶菌酶對(duì)人及動(dòng)物體細(xì)胞無(wú)毒性作用。
    由于真菌細(xì)胞壁中N-乙酰氨基葡糖之間形成的β-1，4糖苷鍵（幾丁質(zhì)）也是溶菌酶作用的底物，所以溶菌酶可以抗含有幾丁質(zhì)細(xì)胞壁的真菌感染。溶菌酶還能與各種誘發(fā)炎癥的酸性物質(zhì)結(jié)合，使其失活，并增強(qiáng)抗生素和其他藥物的療效，改善組織基質(zhì)的粘多糖代謝，從而有利于修復(fù)被炎癥損傷的組織。溶菌酶還有抗病毒作用，它是一種堿性蛋白質(zhì)，在體內(nèi)近于中性的pH值環(huán)境下帶有大量正電荷，可與帶負(fù)電荷的病毒蛋白起作用，和DNA、RNA、脫輔基蛋白形成復(fù)鹽，使侵入體內(nèi)的病毒失活。溶菌酶可增強(qiáng)機(jī)體免疫力，溶菌酶參與體內(nèi)多種免疫反應(yīng)，在機(jī)體正常防御和非特異性免疫中具有重要作用。它可以改善和增強(qiáng)巨噬細(xì)胞吞噬消化功能，降低細(xì)胞抑制劑導(dǎo)致的白細(xì)胞減少，結(jié)合細(xì)菌脂多糖，減輕內(nèi)毒素作用，以達(dá)到增強(qiáng)機(jī)體抵抗力的目的。另外，溶菌酶還能激活血小板，改善組織局部循環(huán)障礙，分解膿液，增強(qiáng)局部防衛(wèi)，從而更好地體現(xiàn)抗菌、消炎、止疼等作用。
溶菌酶的來(lái)源
    溶菌酶作用底物的特異性很強(qiáng)，不同來(lái)源的溶菌酶作用的底物不同。按其來(lái)源不同可分為蛋清溶菌酶、動(dòng)物溶菌酶、植物溶菌酶、微生物溶菌酶和噬菌體溶菌酶。按其作用的微生物不同分為兩大類，即細(xì)菌細(xì)胞壁溶菌酶和真菌細(xì)胞壁溶菌酶。細(xì)菌細(xì)胞壁溶菌酶有兩種，一種是作用于β-1，4糖苷鍵的細(xì)胞壁溶菌酶，另一種是作用于肽“尾”和酰胺部分的細(xì)胞壁溶菌酶。真菌細(xì)胞壁溶菌酶包括酵母菌細(xì)胞壁溶解和霉菌細(xì)胞壁溶菌酶。
    雞蛋清溶菌酶
    雞蛋清溶菌酶占蛋清總蛋白的3.4%~3.5%，是動(dòng)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、黃色八迭球菌和巨大芽孢桿菌等革蘭氏陽(yáng)性菌，但對(duì)革蘭氏陰性菌無(wú)效。當(dāng)有二乙烯三胺存在時(shí)，某些G-細(xì)菌也可被該酶分解。雞蛋清中的溶菌酶分子量為14000，等電點(diǎn)為11.1，最適溫度為50℃，最適pH值為6~7，其化學(xué)性非常穩(wěn)定，pH值在1.2~11.3范圍內(nèi)劇烈變化時(shí)，結(jié)構(gòu)仍然穩(wěn)定。其在酸性環(huán)境下，是一種熱穩(wěn)定的堿性蛋白質(zhì)，但在堿性環(huán)境中對(duì)熱穩(wěn)定性較差；在pH值4~7范圍內(nèi)，100℃處理1分鐘，仍保持原酶活性。其一級(jí)結(jié)構(gòu)由129個(gè)氨基酸組成，維持其結(jié)構(gòu)的主要使用力為二硫鍵、氫鍵和疏水鍵。
    從其他鳥(niǎo)類如鵪鶉、珍珠雞、火雞等禽類的蛋清中也分離純化出溶菌酶，與雞蛋清溶菌酶活性非常相似，也由129個(gè)氨基酸組成，雖排列順序有所不同，但活性部位的氨基酸排列則大體相同。
    人和哺乳動(dòng)物的溶菌酶
    在人和許多哺乳動(dòng)物的組織和分泌液中均發(fā)現(xiàn)有該酶存在。已知在人的眼淚、鼻黏液、唾液、乳汁等分泌液中及肝、腎、淋巴組織含有此酶。人體溶菌酶由130個(gè)氨基酸組成，含4個(gè)二硫鍵，分子量為14600。人溶菌酶的氨基酸組成和排列順序與雞蛋清溶菌酶有較大差異，但與雞蛋清溶菌酶的高級(jí)結(jié)構(gòu)卻十分相似，人溶菌酶活性比雞蛋清溶菌酶活性高3倍。目前，從牛馬等的乳汁中已分離出了溶菌酶，其理化性質(zhì)與人溶菌酶基本相似，但結(jié)構(gòu)尚不清楚，其溶菌活性也遠(yuǎn)低于人溶菌酶約3000倍。
    植物中的溶菌酶
    目前已從木瓜、蕪菁、大麥、無(wú)花果和卷心菜等植物中分離出溶菌酶，其分子量較大，約為24000~29000。植物溶菌酶對(duì)溶壁小球菌活性不超過(guò)雞蛋清溶菌酶的1/3，但對(duì)膠體狀甲殼質(zhì)的分解活性則是雞蛋清溶菌酶的10倍。
    微生物產(chǎn)生的溶菌酶
    微生物產(chǎn)生的溶菌酶可分為7類，其中細(xì)菌細(xì)胞壁溶菌酶有3類：（1）內(nèi)N-乙酰已糖胺酶：破壞細(xì)菌細(xì)胞壁肽聚糖中的，β-1，4糖苷鍵，與雞蛋清溶菌酶作用相似。（2）酰胺酶：切斷細(xì)菌細(xì)胞壁肽聚糖中N-乙酰胞壁酸肽“尾”之間的N-乙酰胞壁酸-L-丙氨酸鍵。（3）內(nèi)肽酶：使肽“尾”及肽“橋”內(nèi)的肽鍵斷裂；現(xiàn)有的研究發(fā)現(xiàn)，細(xì)菌細(xì)胞溶菌酶的抗菌活性不僅表現(xiàn)在其分解細(xì)菌細(xì)胞壁方面，當(dāng)酶受到不可逆抑制后，它仍然顯示出抗菌效應(yīng)；不同來(lái)源的細(xì)菌細(xì)胞壁溶菌酶有不同的抗菌范圍，并對(duì)不同類型的肽聚糖有特異性。真菌細(xì)胞壁溶菌酶有4種：（1）β-1，3、β-1，6葡聚糖酶和甘露聚糖酶：能分解酵母細(xì)胞的細(xì)胞壁。（2）殼聚糖酶：與葡聚糖酶共同作用，可分解霉菌和酵母。（3)磷酸甘露糖酶：與葡甘露糖酶共同作用，可分解原生質(zhì)。（4）脫乙酰殼多糖酶，主要分解毛霉和根霉。
    噬菌體產(chǎn)生的溶菌酶
    該酶是一種特異性的酶，由噬菌體感染、誘導(dǎo)產(chǎn)生，但未被感染的宿主細(xì)胞內(nèi)不存在該酶。
    基因工程溶菌酶
    一些動(dòng)物和微生物來(lái)源的溶菌酶已進(jìn)入工業(yè)化生產(chǎn)。國(guó)內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)的溶菌酶主要是蛋清溶菌酶。然而從生物材料提取溶菌酶存在固有缺陷，一是受生物材料來(lái)源限制。二是生物材料由于取自不同生物體，保鮮程度不一，難以保證不受病毒和其他有害物質(zhì)污染，這會(huì)造成產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。而利用DNA重組技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)，則可以克服這一弊病。目前，文獻(xiàn)已有利用DNA重組技術(shù)將人等物種的溶菌酶基因克隆到原核或真核生物中進(jìn)行表達(dá)的報(bào)道。
溶菌酶在畜禽飼料中的應(yīng)用
    溶菌酶已廣泛地在食品工業(yè)、醫(yī)學(xué)、酶工程及科研中得到應(yīng)用，而其在畜禽飼料中的應(yīng)也也越來(lái)越受到人們的重視。
    用作飼料防腐劑和殺菌劑
    由于溶菌酶本身是一種天然蛋白質(zhì)，無(wú)毒性，是一種安全性高的飼料添加劑。它能專一性的作用于目的微生物的細(xì)胞壁，而不能作用于其他物質(zhì)。該酶對(duì)革蘭氏陽(yáng)性菌、枯草桿菌、耐輻射微球菌有強(qiáng)力分解作用。對(duì)大腸桿菌、普通變形菌和副溶血弧菌等革蘭氏陰性菌等也有一定的溶解作用。與聚合磷酸鹽和甘氨酸等配合作用，具有良好的防腐作用，在飼料中添加溶菌酶可防止霉變，延長(zhǎng)飼料的儲(chǔ)存期。
    具有防治子豬腹瀉的作用
    溶菌酶可以提高內(nèi)源性蛋白酶的活性，促使抗炎多肽的產(chǎn)生，因而具有抵抗和消除炎癥的作用。溶菌酶對(duì)引起子豬腹瀉的埃希氏大腸桿菌和輪狀病毒具有較強(qiáng)的抑制作用。溶菌酶對(duì)子豬腹瀉有防治作用，它與免疫球蛋白在功能上有著緊密的聯(lián)系，并能與其他活性物質(zhì)一起增強(qiáng)抗體的活性，從而殺滅或抑制細(xì)菌生長(zhǎng)繁殖。研究報(bào)道，7日齡~60日齡的子豬飼喂溶菌酶制劑后，其腹瀉發(fā)病率顯著降低，說(shuō)明溶菌酶對(duì)引起子豬腹瀉的埃希氏大腸桿菌和輪狀病毒具有較強(qiáng)的抑制作用。試驗(yàn)表明，溶菌酶對(duì)治療子豬腹瀉有明顯的功效，溶菌酶可溶性粉劑治療子豬腹瀉效果優(yōu)于傳統(tǒng)用藥，治愈率達(dá)80%以上。
    用于防治胃腸炎、消化不良等疾病。試驗(yàn)表明，日糧中添加溶菌酶飼喂肉子雞、犢牛、子豬等畜禽，可用于防治胃腸炎、消化不良等疾病。溶菌酶制劑還能有效防止球蟲(chóng)病。飼喂小麥基礎(chǔ)日糧的雞，添加和不添加酶對(duì)球蟲(chóng)病的應(yīng)激呈現(xiàn)不同的反應(yīng)，對(duì)照組雞生長(zhǎng)被抑制52.5%，而加酶組為30.5%，而且損傷系數(shù)要好得多。試驗(yàn)表明，在不用任何抗生素情況下，肉雞飼料中添加飼用溶菌酶制劑，可促進(jìn)雞體的健康，增加體重和飼料報(bào)酬，降低死亡率。
結(jié)論與展望
    由于飼料工業(yè)中長(zhǎng)期使用抗生素而導(dǎo)致畜禽細(xì)胞免疫及體液免疫功能下降，同時(shí)抗生素可在畜禽體內(nèi)殘留而危及人類的健康，飼料工業(yè)急需無(wú)毒、無(wú)害的安全綠色添加劑。由于溶菌酶具有良好的理化特性，可用于飼料中替代抗生素，應(yīng)用前景相當(dāng)廣闊。溶菌酶作為畜禽飼料酶類添加劑，在飼料加工及通過(guò)胃內(nèi)酸性環(huán)境時(shí)仍能保持較高的酶活力，溶菌酶所具有耐熱、耍酸特性為其用作飼料添加劑提供了保證。
    但是，由于各類型的溶菌酶都有其最適的反應(yīng)條件，而且作用特性強(qiáng)，只對(duì)特定的微生物有充分的溶解作用，通常對(duì)G+細(xì)菌的溶菌作用有效，對(duì)G-細(xì)菌則無(wú)效或效果不顯著。因此，首先應(yīng)充分掌握溶菌酶的化學(xué)特性；其次要搞清楚飼料中的水分、pH值、離子等影響溶菌酶作用效果的因素，采用適當(dāng)?shù)奶砑恿亢吞砑臃椒ǎ畲蟪潭鹊匕l(fā)揮溶菌酶的活力。  本文轉(zhuǎn)自D+快檢創(chuàng)客聯(lián)盟：http://bbs.dplus.com.cn/