酶蛋白是指酶的純蛋白部分,是相對于輔酶因子而言,又稱為脫輔基酶蛋白,其單獨存在時不具有催化活性,與輔酶因子結(jié)合形成全酶后才顯示催化活性。酶蛋白目前主要的用與飼養(yǎng)業(yè)。酶蛋白以植物蛋白為原料,酵母菌為主菌,輔以產(chǎn)酶、產(chǎn)維生素的7種菌進行復(fù)合發(fā)酵,改善植物蛋白結(jié)構(gòu),富含消化酶系、菌體蛋白、維生素制作的飼料。可以增強雞體抵抗力,減少死亡率。用酶蛋白部分或全部替代魚粉,蛋雞生產(chǎn)性能、體重、雞蛋品質(zhì)等與不替代差異均不顯著,還能補充酶系及有益微生物,降低試雞死亡率,經(jīng)濟效益明顯。
構(gòu)成
脫輔基酶蛋白
在由復(fù)合蛋白質(zhì)構(gòu)成的酶中,特別是能利用透析和其它方法可逆地解離其低分子成分時,稱蛋白部分為脫輔基酶蛋白,低分子部分為輔酶,具有兩者結(jié)合催化效應(yīng)的復(fù)合蛋白質(zhì)稱為全酶。即輔酶+脫輔基酶蛋白全酶。當(dāng)輔酶的結(jié)合強固時稱為輔基,例如硫胺素焦磷酸是丙酸脫羧酶(EC4.1.1.1)的輔酶,從全酶分離出后再加入到脫輔基酶蛋白中恢復(fù)其催化作用。NAD與其說是輔酶,不如說是底物。由于脫輔基酶蛋白的某個脫氫酶的作用而轉(zhuǎn)變?yōu)樗倪€原型,此還原型可由其它脫氫酶等的作用而被氧化。
輔酶
某些為催化活性所必需的,與酶蛋白疏松結(jié)合的小分子量的有機物質(zhì)。一部分酶除蛋白質(zhì)部分外,尚含有對它們的功能直接有關(guān)的一些無機化合物或有機成分,這些成分統(tǒng)稱為酶的輔因子,如果缺少這些成分,酶就顯不出活性。
輔因子包括金屬離子和一些分子量不大的有機化合物。一般常見的金屬離子有鋅離子(Zn()、鎂離子(Mg()、鐵離子(Fe()、銅離子(Cu()等,例如乙醇脫氫酶含鋅、精氨酸酶含錳、而多酚氧化酶則含銅等。
與酶蛋白結(jié)合很松弛,用透析和其它方法很易將它們與酶分開的稱為輔酶(Coenzyme)——還有激活劑與輔基之分。輔酶盡管不同于酶的底物,但在作用方式上和底物類似,在酶反應(yīng)過程中與酶結(jié)合、分離及反復(fù)循環(huán)。輔酶用量確定可將它們按底物處理。例如乳酸脫氫酶中輔酶按底物動力學(xué)方程計算。
有不少酶既含有金屬輔因子也含有輔酶。許多輔酶是或維生素的衍生物。作為輔酶的B族維生素及其衍生物20世紀(jì)前50年在維生素研究中的突出成就就是分離和鑒定了許多維生素(特別是B族維生素)并闡明了它們在人體內(nèi)的作用。發(fā)現(xiàn)不少維生素類(特別是B族維生素或其衍生物)是有機體中一些重要酶類的輔酶,它們的需要量雖不多但必須從食物中攝取。
在幾種重要的代謝反應(yīng)中起作用。在二羧酸的異構(gòu)作用中,例如在谷氨酸轉(zhuǎn)化為甲基天門冬氨酸的酶促反應(yīng)中,在乙二醇和丙三醇轉(zhuǎn)化為醛類,生物合成甲基基團以及核的合成中需要輔酶B12。根據(jù)酶催化反應(yīng)最適條件的要求,原則上在酶測定體系中應(yīng)加入一定量的輔助因子。脫輔基酶蛋白與輔基孵育一段時間后,酶活性才會恢復(fù),因此,往往需要樣品與試劑中的輔基先預(yù)孵育的過程。輔基的用量往往較少。
輔酶盡管不同于酶的底物,但在作用方式上和底物類似,在酶反應(yīng)過程中與酶結(jié)合、分離及反復(fù)循環(huán)。輔酶用量的確定可將它們按底物處理。例如乳酸脫氫酶中輔酶按雙底物動力學(xué)方程計算。
激活劑(activator)的化學(xué)本質(zhì)是金屬離子,可以是酶的活性中心,也可以通過其他機制激活酶的活性。作為激活劑的金屬離子,其影響酶促反應(yīng)的動力學(xué)更加復(fù)雜。最常見的是二價金屬離子如Mg2+、Zn2+、Mn2+、ca(clo)2+、Fe2+等。重金屬離子大多是酶的變性劑。金屬離子之間往往存在相互拮抗或相互抑制。在酶測定體系中經(jīng)常加入乙二胺四乙酸二鈉目的是合一部分非必要的離子。合適的金屬離子濃度是必要的,過量的離子往往抑制酶反應(yīng)速度。由于激活劑的動力學(xué)往往與酶的動力學(xué)不同,這就可以解釋不同的樣品與反應(yīng)液的比例,造成酶活性測定結(jié)果的不呈比例。N-乙半胱氨酸對肌酸激酶的激活作用與此類似。激活劑的用量一般通過反復(fù)實驗來確定。
質(zhì)量測定
傳統(tǒng)測定法
酶蛋白濃度測定的方法:酶濃度嚴格來說是指酶分子的質(zhì)量濃度,常以酶蛋白濃度來表示。人體體液中的酶有幾百種,除LPS、LCAT、ChE、銅氧化酶(CER)外,大多數(shù)酶的含量在μg/L水平甚至更低。因此,酶活性濃度的測定是主要測定方法。20世紀(jì)70年代以后,隨著新技術(shù)特別是免疫學(xué)技術(shù)的發(fā)展,酶的定量分析技術(shù)中出現(xiàn)了許多利用酶蛋白的抗原性,通過抗原抗體反應(yīng)直接測定酶蛋白質(zhì)量的新方法。國內(nèi)外曾使用電泳法、柱層析法、免疫化學(xué)法等測定酶濃度,其中以免疫化學(xué)法應(yīng)用較廣。免疫化學(xué)法是利用酶蛋白的抗原性,制備特異性抗體后用免疫學(xué)方法測定酶濃度。用于酶濃度測定的免疫化學(xué)方法有:免疫抑制法、免疫沉淀法、放射免疫測定(RIA)、化學(xué)發(fā)光免疫測定(CLI A)、酶免疫測定(EIA)、熒光酶免疫測定(FEIA)等。其中,前兩種方法可用于酶活性濃度測定,其他方法則用于酶蛋白濃度測定。例如,如免疫抑制法測定CK-MB的活性、免疫沉淀法(單向擴散法)法測定超氧化物歧化酶(SOD)的活性;RIA測定胰蛋白酶和彈性蛋白酶濃度、CLIA測定CK-MB的濃度、ELISA測定神經(jīng)元特異性烯醇化酶(NSE)濃度等。
CK-MB是診斷急性心肌梗死、測定心肌梗死面積的重要指標(biāo)。國外對AMI診斷效率評價時多采用測定CK-MB質(zhì)量,即測定CK-MB的酶蛋白質(zhì)量濃度(質(zhì)量)的方法。CK-MB質(zhì)量的測定通常是制備抗CK-M抗體和抗CK-B抗體或采用CK-MB抗體,用CLIA、ELISA、FEIA等方法測定。這些方法適用于臨床自動化分析,具有測定時間短(最快僅需7min)、靈敏性高(最低檢測限<μg/L)和準(zhǔn)確性好的特點,明顯優(yōu)于其他分析測定CK-MB的方法,1990年后逐漸被廣泛接受。為使CK-MB質(zhì)量分析標(biāo)準(zhǔn)化,AACC成立了專門的標(biāo)準(zhǔn)化委員會,已研制成功采用重組基因技術(shù)的CK-MB參考材料(Rck-2)。
由于酶濃度測定方法的不同,報告方式也有差異:酶活性濃度單位常以U/L報告,酶質(zhì)量(mass)濃度單位常直接用ng/ml或mg/L報告。臨床醫(yī)生應(yīng)注意報告方式不同所帶來的差異。
免疫化學(xué)法
免疫化學(xué)法測定酶蛋白濃度的優(yōu)缺點與傳統(tǒng)的酶活性測定法相比,免疫化學(xué)測定法的優(yōu)點主要有:①靈敏度高,靈敏度達到ng/L至μg/L的水平,能測定樣品中用原有其他方法不易測出的少量或痕量酶;②特異性高,幾乎不受體液中其他物質(zhì),如酶抑制劑、激活劑等的影響,不受藥物的干擾;③能用于一些不表現(xiàn)酶活性的酶蛋白的酶測定,如各種酶原或去輔基酶蛋白,或因遺傳變異而導(dǎo)致合成無活性的酶蛋白,以及失活的酶蛋白等;④在某些情況下,與酶活性測定相結(jié)合,計算免疫比活性,能提供更多的具有臨床應(yīng)用和研究價值新的資料和信息。⑤特別適用于同工酶的測定。
酶的免疫化學(xué)測定也有其局限性。主要表現(xiàn)在:①要制備足夠量的提純酶作為抗原和具有免疫化學(xué)性質(zhì)的抗血清常常是很困難的,而且工作量很大;②測定步驟多,操作繁瑣;③測定成本高。因此,必須熟練掌握免疫化學(xué)技術(shù),掌握抗原抗體復(fù)合物形成的最佳條件,不斷降低成本,才能既保證測定結(jié)果準(zhǔn)確,又能在臨床廣泛推廣使用。
用途
醫(yī)學(xué)用途
以免疫分析為基礎(chǔ)的儀器(dca2000)在最近幾年中得到推廣酶蛋白,大約在7分鐘內(nèi)就能讀取數(shù)據(jù),并且僅使用少量的毛細血管血液標(biāo)本,因此,在糖尿病門診,用糖化血紅蛋白評價糖尿病患者血糖控制的平均水平已成為常規(guī)。hbalc正常參考值為<6%,而在血糖控制良好的糖尿病患者應(yīng)為<7%。當(dāng)糖尿病患者的血糖控制不佳,或一天中血糖有較大的波動時,糖化血紅蛋白值就會超過7%的允許值。美國糖尿病協(xié)會建議,酶蛋白對已明確的1型糖尿病患者,每季度進行一次糖化血紅蛋白檢查。
飼養(yǎng)用途
酶蛋白以植物蛋白為原料,酵母菌為主菌,輔以產(chǎn)酶、產(chǎn)維生素的7種菌進行復(fù)合發(fā)酵,改善了植物蛋白結(jié)構(gòu),富含消化酶系、菌體蛋白、維生素制作的飼料。通過試驗表明:雞,鴨等家禽在產(chǎn)蛋高峰期,體內(nèi)消化酶相對不足,代謝極為旺盛,對營養(yǎng)因子和致病因子均非常敏感,體質(zhì)相對虛弱,抗病力下降,消化酶活性減弱,同化作用降低(周玉吉,1992)。酶蛋白可補充消化道內(nèi)消化酶和維生素,促進了消化機能,提高了飼料利用率。酶蛋白富含芽孢桿菌、雙歧桿菌、乳酸菌、酵母菌等有益微生物。飼喂有益微生物可使腸病原菌逐漸下降。Fuller(1989)認為,直接使用有益微生物飼喂動物,可提高抗體水平或巨噬細胞活性,增強機體免疫力。故使用酶蛋白可以增強雞體抵抗力,減少死亡率。用酶蛋白部分或全部替代魚粉,蛋雞生產(chǎn)性能、體重、雞蛋品質(zhì)等與不替代差異均不顯著,還能補充酶系及有益微生物,降低試雞死亡率,1kg雞蛋的飼料成本比使用魚粉要降低10.32%~15.01%,經(jīng)濟效益明顯。
市場前景
為了順應(yīng)飼料業(yè)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、提高養(yǎng)殖報酬、減少動物體內(nèi)藥殘、制造綠色飼料的大趨勢,擴大生物轉(zhuǎn)化產(chǎn)品的應(yīng)用,以替代傳統(tǒng)粗加工原料和化學(xué)添加劑,已成為當(dāng)前飼料發(fā)展的新方向。
飼用酶蛋白產(chǎn)品就是其優(yōu)秀代表。生物酶制劑對提高禽畜等的產(chǎn)量和質(zhì)量有著顯著作用,如:可使家禽增重7%-10%,禽蛋增產(chǎn)5%-8%,生豬增重13%。另外,該種酶制劑還能提高牛奶、羊毛等畜產(chǎn)品的產(chǎn)量,改善皮毛質(zhì)量,更重要的是能夠節(jié)省大量的飼料。顯而易見,飼用酶蛋白應(yīng)用后的經(jīng)濟效益是非常顯著的,這種產(chǎn)品越來越受到業(yè)內(nèi)人士的關(guān)注。而且飼用酶蛋白產(chǎn)品可以多種中低價農(nóng)副產(chǎn)品作為原料,特別是油廠副產(chǎn)品:菜粕、豆粕,僅作為飼料原料出售,價格較低。而制成酶蛋白成品作為飼料蛋白源,用以替代或部分替代魚粉等高價蛋白原料,售價顯著提高,經(jīng)濟效益十分可觀。酶蛋白產(chǎn)品中內(nèi)含多種有益菌群,如改善動物消化性能、增進動物健康水平的的乳酸菌、酵母菌、雙歧桿菌等,因此更可以替代抗生素,解決了細菌抗藥性和藥殘問題,讓群眾吃上真正的放心肉。
飼用酶蛋白還含有多種酶類,如促進消化的淀粉酶、蛋白酶等、降解抗?fàn)I養(yǎng)因子的纖維素酶、植酸酶等。與使用常規(guī)飼料相比,添加1%-2%飼用酶蛋白,可以使豬日增重提高3%-6%左右,料肉比下降10%-12%,毛利潤提高10%-15%;肉雞的增重提高1%左右,粗蛋白消化率提高20%,成活率提高9.7%;蛋雞的產(chǎn)蛋率提高24.64%,料蛋率下降30.94%;魚的個體增重50%左右。從以上數(shù)據(jù)可以看出使用飼用酶蛋白,對于養(yǎng)殖戶可大大提高養(yǎng)殖報酬、對于飼料廠家則提高了飼料成品的附加值。
經(jīng)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)中國的動物飼料構(gòu)成更需要這種生物酶制劑。中國動物飼料組成中非淀粉多糖占主要成分,例如玉米11%-12%、皮33%、大豆22%、干草37%。同時飼料中還含有相當(dāng)數(shù)量的戊聚糖(玉米4%、小麥6%、大麥7.6%、黑麥8.9%),葡聚糖(小麥0.5%、大麥3.3%、黑麥1.2%)以及果膠、丹寧等。這些物質(zhì)都不能被動物消化吸收,反而因其溶于水后成為膠體狀態(tài),還會增大腸道內(nèi)容物的粘度,阻礙營養(yǎng)物質(zhì)擴散,影響吸收利用,起到了所謂抗?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)即抗?fàn)I養(yǎng)因子的作用。而生物酶制劑有明顯抑制抗?fàn)I養(yǎng)因子的作用。
參考資料 >