溶菌酶的性质与应用

孙慧君，张 杰

(哈尔滨师范大学)

1 溶菌酶

溶菌酶又称N-乙酰胞壁质聚糖水解酶或胞壁质酶［1］，它是一种专门作用于某种目的微生物细胞壁的糖苷水解酶，主要是通过破坏细胞壁中的N-乙酰胞壁酸和N-乙酰氨基葡糖之间的β-1，4糖苷键，使细胞壁中的不溶性黏多糖分解成可溶性糖肽，导致细胞壁破裂，内容物溢出而使细菌溶解.因此，溶菌酶具有抗菌、消炎、抗病毒等作用，是近年来科学家研究探索的又一重点.

早在上世纪初科学家就已经开始了对溶菌酶的研究，1922年英国细菌学家Alexander Fleming［2］发现了一种能够有选择性的溶解微生物细胞壁的酶，其大量存在于人的眼泪、唾液中，有较好的溶菌作用，因此把它命名为溶菌酶.此后，人们发现溶菌酶广泛存在于高等动物组织及分泌物、植物和各种微生物中，而它在新鲜鸡蛋中的含量最高，约占3.5%.因此，蛋清也是提取纯化溶菌酶的最佳来源.

1.1 溶菌酶的性质

溶菌酶是一种糖苷水解酶，在干燥室温环境下可以长期保存，纯品为白色或微白色结晶型或无定型粉末，无臭、味甜、易溶于水，不溶于乙醚、丙酮等［3］，其化学性质非常稳定，在pH 4～7范围内，100℃处理10 min仍能保持原酶活性，在碱性环境中溶菌酶对热稳定性较差［4］.溶菌酶发挥溶菌作用的最适pH是在6.5左右，最佳反应温度和进行溶菌作用的温度都要在低于50℃范围内，等电点pH为10.5～11.

现在对溶菌酶的研究已经比较详细，在实际应用中，溶菌酶具有抗病毒、抗菌、镇痛、消肿、加快组织修复等功能，可用于医疗，更是一种天然的食品防腐剂，还可以用于提取微生物细胞内各类物质和进行原生质体的制备及融合育种［5］.被WHO与许多国家认定为无毒、无害、安全的添加剂.

1.2 溶菌酶的结构及作用机理

1.2.1 溶菌酶的结构

对于溶菌酶的研究最清楚的就是蛋清溶菌酶，它是由18种129个氨基酸残基组成单一肽链.分子内含有4对S-S键.1965年Phillips等人用X射线衍射法［6］分析了蛋清溶菌酶的三维结构，发现溶菌酶的分子构象近椭圆形，大小为4.5 nm × 3.0 nm × 3.0 nm，其中 α 螺旋仅占25%，在分子的一些区域有伸展着的β片层结构.Alexander等人［7］经研究发现溶菌酶的内部几乎是非极性的，疏水相互作用在溶菌酶的折叠构象中起着非常重要的作用，它的分子表面有一个能够容纳多糖底物6个单糖的裂缝，这个裂缝即为溶菌酶的活性部位，活性中心为天冬氨酸(Asp52)和谷氨酸(Glu35).

1.2.2 溶菌酶的作用机理

1959—1963年，通过索尔顿、古伊森、让洛兹等人的研究发现溶菌酶是主要通过肽链中由Glu35和Asp52构成的活性中心水解细菌细胞壁的肽聚糖结构，从而杀死细胞.

肽聚糖是由N-乙酰葡萄糖胺、N-乙酰胞壁酸和几个氨基酸短肽聚合成的多层网状大分子构成的，溶菌酶切断N-乙酰葡萄糖与N-乙酰胞壁酸之间的β-1，4糖苷键，Glu35作为糖苷键的质子供体，剪切底物中的C-O键，而作为亲核试剂的Asp52参与生成糖基酶中间体.随后，中间体与水分子发生反应，水解生成产物.使肽聚糖骨架断裂、细胞壁损伤、细胞溶解、最终导致死亡.

溶菌酶不仅仅可以溶解细菌的细胞壁，还可以溶解霉菌和酵母菌的细胞壁，通常根据溶菌酶作用的对象不同，将其分为细菌细胞壁溶菌酶、霉菌细胞壁溶菌酶和酵母菌细胞壁溶菌酶等3大类.

1.3 溶菌酶的溶菌谱

溶菌酶是一种非广谱抗菌剂，它能够有效水解细菌细胞壁中的肽聚糖，革兰氏阳性菌的细胞壁几乎都是由肽聚糖组成的，而革兰氏阴性菌的细胞壁中只有内壁层是由肽聚糖组成的，外层是一层脂蛋白.因此溶菌酶对G+细菌(如金黄色葡萄球菌、溶壁微球菌)的溶菌作用效果最为显著，而对G-细菌(如埃希氏大肠杆菌)的溶菌作用很弱.

经研究发现通过对溶菌酶进行改性可以改变它对G-细菌的抑菌效果，将溶菌酶与其它物质如EDTA、有机酸或nic in合用时［8］，其抗菌范围可以扩大到其它腐败性和致病性细菌以及革兰氏阴性菌.研究表明，溶菌酶能够不依赖其酶触功能而具有进一步的抗菌活性 .现已发现，酶的水解作用可以暴露蛋白质的抗菌部分或产生具有抗菌作用的肽，从而提高酶的活性.

2 溶菌酶的应用

2.1 溶菌酶在医疗中的应用

2.1.1 溶菌酶具有抗菌消炎、抗病毒、增强免疫力的功效

溶菌酶具有专一性水解细胞壁的特点，对革兰氏阳性菌具有良好的抗菌作用(如枯草芽孢杆菌、溶壁微球菌等)，对埃希氏大肠杆菌等革兰氏阴性菌也具有一定程度的溶菌作用.此外，据研究将一定比例的溶菌酶与抗菌素混合使用，具有较好的协同作用，能够起到抗菌、消炎、祛病强身的作用，因此溶菌酶被广泛应用现代医药行业中.

溶菌酶是一种碱性蛋白，在体内环境下带有大量正电荷，能够与带有负电荷的病毒蛋白结合，与DNA、RNA形成复盐，使病毒失去活性.因此，溶菌酶可以被用于预防及治疗一些由病毒引发的疾病，减轻内毒素，从而起到抗病毒的作用.

溶菌酶普遍存在于生物体内.作为非特异性免疫因子之一，溶菌酶参与机体的许多免疫反应，在机体的非特异性免疫及正常的防御功能中，具有保持机体生理平衡、增强机体免疫能力的重要作用.

2.1.2 溶菌酶可以作为多种疾病的诊断指标

1996年Osserman等首次把血清溶菌酶水平的测定作为白血病分型的依据，用于诊断急性白血病.

人体的尿液在正常情况下只存在少量的溶菌酶，测量尿中溶菌酶含量，可以作为诊断肾功能障碍的重要依据.

2.2 溶菌酶在食品中的应用

2.2.1 在乳制品和蛋糕中的应用

在欧洲，溶菌酶广泛应用于婴儿食品，人乳和牛乳的主要不同之处，即是其中溶菌酶的含量，人乳中含有大量的溶菌酶，而牛乳中很少.在牛乳制品中添加一定量的溶菌酶，使牛乳制品向人乳转化［9］，改良牛乳品质，通过婴儿吸食牛乳而增强对病菌的抵抗力，使婴儿肠道正常化、成人化，因此将一定量溶菌酶添加到新鲜的牛乳或奶粉中，不但可以起到防腐、保鲜、延长保质期的作用，还有增加营养，促进婴儿健康的作用.

在蛋糕、奶油生产中加入一定量的溶菌酶，使它保鲜防霉、有效地延长保质期.

2.2.2 在海产品和水产品保鲜中的应用

溶菌酶目前广泛应用于海产品防腐上，通常用质量分数0.05%的溶菌酶、1.5%甘氨酸和3%食盐溶液中浸渍5 min，沥干，常温或冷藏储存，可延长海产品的储存期.

2.2.3 在水果保鲜中的应用

将溶菌酶和甘氨酸按照一定比例混合涂抹到水果上，可以有效抑制细菌在水果表面的生长繁殖，防止烂果，增加了水果的保鲜期.

2.2.4 在低温肉制品中的应用

低温肉制品可以保持天然成分，又使营养成分破坏很少，但它的保鲜期短，货架期短，不能满足广大消费者需求.溶菌酶无毒、无害可以将一定浓度的溶菌酶溶液喷洒在低温肉制品上可以起到防腐保鲜的作用［10］.

2.3 溶菌酶在饲料中的应用

现在抗生素的滥用，不仅细菌使产生了耐药性，更为严重的是药物在动物食品中的残留，对人身体的危害也越来越大.因此，溶菌酶这种天然、安全无毒害的抗菌物质，越来越多的替代抗生素添加到饲料中改善动物的健康状况.

1996年邵春荣等［11］用自制的溶菌酶粗品添加到饲料中，使仔猪腹泻下降了22%;同年他又用自制的溶菌酶粗品同样添加在饲料中，使肉仔鸡的成活率提高了14.3% ～17.1%;2002年经李晓辉等研究发现，溶菌酶与免疫球蛋白在功能上有着密切的联系，并能与其他活性物质互补，增强抗体的活性从而杀灭细菌.2006年邱伟海在仔猪的日常粮食中添加了500 mg/kg的 溶菌酶，腹泻率比对照组的下降了5% ～50%，基本上达到控制仔猪腹泻的效果，认为溶菌酶可以完全替代抗生素.

2.4 溶菌酶在生物研究中的应用

在生物研究中，可以利用溶菌酶专一性水解细胞壁的特点，了解细胞壁的结构构造;分解细胞壁后制备的原生质体，可用于微生物育种以及微生物分类学等研究和专用试剂.

近年来，溶菌酶已成为细胞工程及基因工程项目中必不可少的一种工具酶，用来制造和提取菌体的活性物质，如核酸、酶和活性多肽等［12］.

3 结论

现代社会，各种有毒有害的污染日益严重“北京咳”“速成鸡”等等都严重危害着我们的身体健康，在全社会大力提倡绿色食品、绿色环境、绿色生活的今天，溶菌酶以它无毒无害、天然安全的特点引起了人们的广泛关注，它具有稳定的性质，在医疗、食品和生物研究中都起到了十分重要的作用，广泛应用于我们的生产生活中.

近些年，由于溶菌酶越来越多地被人们认可，科学界也展开了溶菌酶的各方面研究，包括溶菌酶的提取与应用等等.据研究发现，通过一系列的生物改良手段已经可以在一定程度上扩大它的抗菌谱，从而更多更广的应用于我们的实际生活中.因此，相信随着科学研究的不断深入，溶菌酶的未来将会有着更广阔的发展前景，也将会更广泛的为人类所用.

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［2］ 刘仲敏，何伯安.溶菌酶及其在食品工业中的应用［J］.食品与发酵工业，1995(5):80-82.

［3］ 沈仁泉，顾其敏.生物化学教程［M］.北京:高等教育出版社，1993.101-105.

［4］ 林亲录，等.鸡蛋卵清中溶菌酶的提取与纯化［J］.食品科学，2002(2):43-45.

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［6］ Phillips Perry L J.Disulfide bond engineered into T4 lysozyme:stabilization of the protein toward thermal inactivation［J］.Science，1965，226:555-55.

［7］ Alexander J Exon encode functional and structural units of chicken lysozyme［J］.Pme Natl Acad Sci USA ，1980 ，77(10):57-59.

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［9］ 卢冬梅，王霆.溶菌酶在口腔疾病者的应用.医药导报，2006，25(8):777-779.

［10］赵飞龙，徐亚军.鸡蛋清中溶菌酶的应用性研究.食品工业，2006，3:19-20.

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