溶菌酶及其在畜禽飼料中的應用

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溶菌酶來源于動物、植物和微生物，還可以通過基因工程大量生產溶菌酶。溶菌酶化學性質穩(wěn)定，是一種較耐熱的堿性蛋白質；能水解細胞及真菌細胞壁中的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、增強機體免疫力等功效。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用前景。
    對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告開始的；兩年后，研究者指出，雞蛋清強烈的抑菌作用是酶作用的結果；1922年英國細菌學家Fleming發(fā)現(xiàn)人的唾液、眼淚中存在一種明顯溶解細菌細胞壁的成分，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)不僅有溶解細菌細胞壁的溶菌酶，還有作用于真菌細胞壁的溶菌酶，同時對其作用機制也有了更深入的研究。溶菌酶作為畜禽飼料添加劑的應用才剛開始，國內已有報道在畜禽生產中應用溶菌酶，并取得了較好的飼養(yǎng)效果。
溶菌酶的化學性質
    溶菌酶是一種廣泛存在于各種動植物機體中的糖苷水解酶，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，能分解某些細菌細胞壁中的粘多糖。雞蛋清溶菌酶是研究最清楚的一種溶菌酶，它是由129個氨基酸殘基組成的堿性球狀蛋白質，在分子中的4對含硫氨基酸殘基間形成4個S-S鍵，等電點在pH值10.8左右，分子量為14000。其化學性質非常穩(wěn)定，當pH值在1.2~11.3的范圍內劇烈變化時，其結構幾乎保持不變。在酸性環(huán)境下，溶菌酶對熱的穩(wěn)定性很強，pH值4~7時100℃加熱處理45分鐘。干燥條件下在室溫可長期保存，其純品為白色或微黃色結晶體或無定型粉末，無嗅，味甜，易溶于水，不溶于丙酮、乙醚。研究者1965年用X射線晶體結構分析法闡明了溶菌酶的三維結構，溶菌酶分子近橢圓形，大小為4.5nm×3.0nm×3.0nm，其構象復雜，螺旋僅占25%，在分子的一些區(qū)域有伸展著的折疊結構。研究表明，溶菌酶的內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象中起到重要作用，其分子表面有一個較深的裂縫，其大小恰能溶納多糖底物的6個單糖，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冬氨酸殘基構成的活性部位能水解微生物細胞壁N-乙酰氨基葡糖和N-乙酰胞壁酸間的β-1，4糖苷鍵。
溶菌酶的生物學功能
    細菌的細胞壁由胞壁質組成，胞壁質是由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。肽聚糖是細菌細胞壁的主要成分，它是由N-乙酰氨基葡糖、N-乙酰胞壁酸和肽“尾”（一般是4個氨基酸殘基）組成，N-乙酰氨基葡糖與N-乙酰胞壁酸通過β-1，4糖苷鍵相連，肽“尾”則是通過D-乳酰羧基連在N-乙酰氨基葡糖的第三位碳原子上，肽尾之間通過肽“橋”（肽鍵或少數(shù)幾個氨基酸殘基）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)狀結構，作為細胞壁的骨架，上述結構中的任何化學鍵斷裂，皆能導致細菌細胞壁的損傷。對于G+細菌與G-細菌，其細胞壁中肽聚糖含量不同，G+細菌細胞壁幾乎全部由肽聚糖組成，而G-細菌只有內壁層為肽聚糖。
    溶菌酶能有效地水解細菌細胞壁的肽聚糖，其作用位點是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，結果使細菌細胞壁變得松弛，失去對細胞的保護作用，最后使細菌細胞溶解死亡。溶菌酶之所以會對G+細菌有很強的殺傷力，而對G-細菌作用不大，是因為G+細菌的細胞壁主要是由胞質壁和磷酸質組成的，其中的主要成分胞質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糖苷鍵連結而成的。在體內環(huán)境下，由于有分泌型免疫球蛋白A、補體參與，溶菌酶還能水解某些G-細菌，如大腸桿菌等。人和動物細胞無細胞壁結構，故溶菌酶對人及動物體細胞無毒性作用。
    由于真菌細胞壁中N-乙酰氨基葡糖之間形成的β-1，4糖苷鍵（幾丁質）也是溶菌酶作用的底物，所以溶菌酶可以抗含有幾丁質細胞壁的真菌感染。溶菌酶還能與各種誘發(fā)炎癥的酸性物質結合，使其失活，并增強抗生素和其他藥物的療效，改善組織基質的粘多糖代謝，從而有利于修復被炎癥損傷的組織。溶菌酶還有抗病毒作用，它是一種堿性蛋白質，在體內近于中性的pH值環(huán)境下帶有大量正電荷，可與帶負電荷的病毒蛋白起作用，和DNA、RNA、脫輔基蛋白形成復鹽，使侵入體內的病毒失活。溶菌酶可增強機體免疫力，溶菌酶參與體內多種免疫反應，在機體正常防御和非特異性免疫中具有重要作用。它可以改善和增強巨噬細胞吞噬消化功能，降低細胞抑制劑導致的白細胞減少，結合細菌脂多糖，減輕內毒素作用，以達到增強機體抵抗力的目的。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。
溶菌酶的來源
    溶菌酶作用底物的特異性很強，不同來源的溶菌酶作用的底物不同。按其來源不同可分為蛋清溶菌酶、動物溶菌酶、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，即細菌細胞壁溶菌酶和真菌細胞壁溶菌酶。細菌細胞壁溶菌酶有兩種，一種是作用于β-1，4糖苷鍵的細胞壁溶菌酶，另一種是作用于肽“尾”和酰胺部分的細胞壁溶菌酶。真菌細胞壁溶菌酶包括酵母菌細胞壁溶解和霉菌細胞壁溶菌酶。
    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?？煞纸馊鼙谛∏蚓?、黃色八迭球菌和巨大芽孢桿菌等革蘭氏陽性菌，但對革蘭氏陰性菌無效。當有二乙烯三胺存在時，某些G-細菌也可被該酶分解。雞蛋清中的溶菌酶分子量為14000，等電點為11.1，最適溫度為50℃，最適pH值為6~7，其化學性非常穩(wěn)定，pH值在1.2~11.3范圍內劇烈變化時，結構仍然穩(wěn)定。其在酸性環(huán)境下，是一種熱穩(wěn)定的堿性蛋白質，但在堿性環(huán)境中對熱穩(wěn)定性較差；在pH值4~7范圍內，100℃處理1分鐘，仍保持原酶活性。其一級結構由129個氨基酸組成，維持其結構的主要使用力為二硫鍵、氫鍵和疏水鍵。
    從其他鳥類如鵪鶉、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。
    人和哺乳動物的溶菌酶
    在人和許多哺乳動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個氨基酸組成，含4個二硫鍵，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結構卻十分相似，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，其理化性質與人溶菌酶基本相似，但結構尚不清楚，其溶菌活性也遠低于人溶菌酶約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。植物溶菌酶對溶壁小球菌活性不超過雞蛋清溶菌酶的1/3，但對膠體狀甲殼質的分解活性則是雞蛋清溶菌酶的10倍。
    微生物產生的溶菌酶
    微生物產生的溶菌酶可分為7類，其中細菌細胞壁溶菌酶有3類：（1）內N-乙酰已糖胺酶：破壞細菌細胞壁肽聚糖中的，β-1，4糖苷鍵，與雞蛋清溶菌酶作用相似。（2）酰胺酶：切斷細菌細胞壁肽聚糖中N-乙酰胞壁酸肽“尾”之間的N-乙酰胞壁酸-L-丙氨酸鍵。（3）內肽酶：使肽“尾”及肽“橋”內的肽鍵斷裂；現(xiàn)有的研究發(fā)現(xiàn)，細菌細胞溶菌酶的抗菌活性不僅表現(xiàn)在其分解細菌細胞壁方面，當酶受到不可逆抑制后，它仍然顯示出抗菌效應；不同來源的細菌細胞壁溶菌酶有不同的抗菌范圍，并對不同類型的肽聚糖有特異性。真菌細胞壁溶菌酶有4種：（1）β-1，3、β-1，6葡聚糖酶和甘露聚糖酶：能分解酵母細胞的細胞壁。（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。（4）脫乙酰殼多糖酶，主要分解毛霉和根霉。
    噬菌體產生的溶菌酶
    該酶是一種特異性的酶，由噬菌體感染、誘導產生，但未被感染的宿主細胞內不存在該酶。
    基因工程溶菌酶
    一些動物和微生物來源的溶菌酶已進入工業(yè)化生產。國內企業(yè)生產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污染，這會造成產品質量不穩(wěn)定。而利用DNA重組技術進行生產，則可以克服這一弊病。目前，文獻已有利用DNA重組技術將人等物種的溶菌酶基因克隆到原核或真核生物中進行表達的報道。
溶菌酶在畜禽飼料中的應用
    溶菌酶已廣泛地在食品工業(yè)、醫(yī)學、酶工程及科研中得到應用，而其在畜禽飼料中的應也也越來越受到人們的重視。
    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，無毒性，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胞壁，而不能作用于其他物質。該酶對革蘭氏陽性菌、枯草桿菌、耐輻射微球菌有強力分解作用。對大腸桿菌、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，延長飼料的儲存期。
    具有防治子豬腹瀉的作用
    溶菌酶可以提高內源性蛋白酶的活性，促使抗炎多肽的產生，因而具有抵抗和消除炎癥的作用。溶菌酶對引起子豬腹瀉的埃希氏大腸桿菌和輪狀病毒具有較強的抑制作用。溶菌酶對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一起增強抗體的活性，從而殺滅或抑制細菌生長繁殖。研究報道，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，說明溶菌酶對引起子豬腹瀉的埃希氏大腸桿菌和輪狀病毒具有較強的抑制作用。試驗表明，溶菌酶對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80%以上。
    用于防治胃腸炎、消化不良等疾病。試驗表明，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病。飼喂小麥基礎日糧的雞，添加和不添加酶對球蟲病的應激呈現(xiàn)不同的反應，對照組雞生長被抑制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，可促進雞體的健康，增加體重和飼料報酬，降低死亡率。
結論與展望
    由于飼料工業(yè)中長期使用抗生素而導致畜禽細胞免疫及體液免疫功能下降，同時抗生素可在畜禽體內殘留而危及人類的健康，飼料工業(yè)急需無毒、無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，應用前景相當廣闊。溶菌酶作為畜禽飼料酶類添加劑，在飼料加工及通過胃內酸性環(huán)境時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條件，而且作用特性強，只對特定的微生物有充分的溶解作用，通常對G+細菌的溶菌作用有效，對G-細菌則無效或效果不顯著。因此，首先應充分掌握溶菌酶的化學特性；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?shù)奶砑恿亢吞砑臃椒ǎ畲蟪潭鹊匕l(fā)揮溶菌酶的活力。  本文轉自D+快檢創(chuàng)客聯(lián)盟：http://bbs.dplus.com.cn/