海洋生物酶及其应用

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1、海洋生物酶及其应用海洋生物代谢过程中的酶类在性质、功能上与陆地生有很多不同，因此从海洋生物中筛选提取有应用价值的酶类，就成为海洋生物资源开发的一个重要方面。而海洋生物特别是海洋微生物是一类种类繁多的可再生的遗传基因库，是获取新型酶的重要资源。海洋酶研究在世界范围内发展迅速，自20世纪80年代，国内外相继报道发现一些来自海洋的极端酶（微生物酶）可应用于开发新型工业用酶，然而由于海洋产酶微生物资源样品采集和开发的技术难度及风险性，长期以来，该领域的研究与发展缓慢，产业化进程受限。但近些年来，借助于海洋生物高新技术手段，海洋酶研究得到了快速

2、发展,目前成为各国优先发展的新领域。现已发现的海洋微生物酶包括：蛋白酶、多糖酶、溶菌酶、脂肪酶、木聚糖酶、环糊精酶、纤维素酶、甘露聚糖酶、果胶裂解酶、氨单价氧化酶、唾液酸酶、氢化酶、谷氨酰胺酶、葡萄糖脱氢酶、甲基化酶,脂酶和DNA聚合酶等。以下就一些与工业应用广泛的海洋生物酶的研究和开发做一简单介绍。1.蛋白酶（protease;proteinase）蛋白水解酶(proteolyticenzyme)是催化蛋白质中肽键水解的酶。它广泛应用在皮革、毛皮、丝绸、医药、食品、酿造等方面。皮革工业的脱毛和软化已大量利用蛋白酶，既节省时间，又改善

3、劳动卫生条件。蛋白酶还可用于蚕丝脱胶、肉类嫩化、酒类澄清。临床上可作药用，如用胃蛋白酶治疗消化不良，用酸性蛋白酶治疗支气管炎，用弹性蛋白酶治疗脉管炎以及用胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶对外科化脓性创口的净化及胸腔间浆膜粘连的治疗。加酶洗衣粉是洗涤剂中的新产品，含碱性蛋白酶，能去除衣物上的血渍和蛋白污物等20世纪的20年代初，NobouKato在农业生化杂志上发表一篇关于从海洋嗜冷杆菌获得一种新型海洋碱性蛋白酶的文章，引起学术界和酶制剂公司的高度重视,迄今为止研究开发的海洋生物蛋白酶产品已有几十个，并有多个申请了国际专利。1.1碱性蛋白酶日本开

4、发的一种碱性蛋白酶是从海洋共生菌发酵提取的，酶的MW为31kD,作用的pH5-11，最适pH为10，最适温度20℃。用于洗衣粉添加剂。美国从海洋船蛆共生菌（ATCC39867）发酵生产一种新型碱性蛋白酶,分子量3.6KD、pI8.6,作用pH4-12、最适温度50℃。可在复杂试剂中保持稳定性，并有抗氧化的功能。已应用于洗衣粉和镜头清洁剂。挪威将海洋微生物蛋白酶用于鱼类加工以生产蛋白胨和用于鱿鱼脱皮，中科院微生物所邱锈宝报道筛选到一种海洋中性蛋白酶，该酶最适作用温度为50℃，最适pH为8.0。我们实验室在2009-2010年共分离出6

5、株产中温蛋白酶菌株，并对其活性较高的两株进行了16SRNA鉴定，皆为弧菌属。对一株产碱性蛋白酶海洋弧菌（Vibriosp.pro1）的发酵条件进行了单因素和正交试验，找到了最佳发酵条件，并对该酶的性质做了初步研究。1.2适冷蛋白酶海洋生物特别是地球的南极和北极的海洋生物，由于长期生活在低温的环境中，适应这种极端环境而产生的海洋酶大多数具有低温催化和对热不稳定的特征，其活性的最适温度移向低温和在低温下，如4℃甚至0℃仍保持高比例的活性，据此被称为低温（适冷）酶。适冷酶大部分具有以下酶学特征：①在低温下具有较高的催化效率。这是适冷酶的基本

6、特征，目前报道的适冷酶均具有此特征。与同类中温酶相比，适冷酶在低温下的酶活性要高出数倍甚至十几倍。②具有较低的最适催化温度。由于适冷酶对热敏感，其最适催化温度一般都比同类中温酶和高温酶明显低。③具有较高的热敏感性。适冷酶只能在相对低的温度下保持高催化效率，温度稍高即很快失活，表现出很高的热敏感性。适冷酶的热变性温度均比同类中温酶低15～20℃。我的学生徐国英在海洋所实验室保存的极地微生物资源库中通过酪蛋白平板法筛选到106株在低温条件（4℃）下具有蛋白酶活性的菌株，其中8株低温条件下蛋白酶酶活较高的极地菌分别属于假交替单胞菌属（Pse

7、udoalteromonas）、科尔韦尔氏菌属（Colwellia）、希瓦氏菌属（Shewanella）、嗜冷杆菌属（Psychrobacter）。对低温蛋白酶活性较高的菌株Pseudoalteromonassp.QI-1进行研究表明，菌株QI-1的最适生长和产酶温度均为5℃；最佳接种浓度为1%；发酵培养基的最适初始pH值和装样量的最适值分别为pH5.0~pH10.0和10%；20‰NaCl对菌体的生长和产酶最有利。中国水产科学研究院黄海水产研究所发现了黄杆菌属一个新种和一种具有我国自主知识产权的新型低温碱性蛋白酶，并获得利用海洋微生

8、物开发低温蛋白酶的授权发明专利，进而在此基础上开发出三项可应用于日化、轻纺工业等领域的系列产品，阐明了利用海洋微生物代谢产物开发海洋低温生物酶的可行性；并完成了中试及中试产品的推广应用，为产业化奠定了基础。在海洋其他生