溶菌酶( lysozyme) 是由英國細菌學(xué)家Fleming 于1922 年首先在人的眼淚和唾液中發(fā)現(xiàn)的, 因其具有溶菌作用, 被命名為溶菌酶 。并且早在1907 年Nicolle就發(fā)表了相關(guān)報導(dǎo)，研究的是對枯草芽孢桿菌產(chǎn)生的溶解因子( lytic factor) 。溶菌酶是一種序列保守、無毒無副作用的堿性蛋白，它廣泛存在于動物、植物和微生物中, 是一種天然有效的抗菌酶 。
01 溶菌酶分類與理化性質(zhì)
按結(jié)構(gòu)、分子量和來源不同，可將溶菌酶分為動物源溶菌酶、植物源溶菌酶、微生物源溶菌酶、噬菌體溶菌酶四種 。其中動物型溶菌酶又可分為C型（chicken eggwhitelysozyme）、G型（goose egg-white lysozyme）和I型（invertebrate type lysozyme），大部分溶菌酶屬于C型 。其中，c 型溶菌酶在脊椎動物與無脊椎動物中均有存在 。雞蛋清溶菌酶是C 型溶菌酶的典型代表 。蛋清中含量最高，而人乳、眼淚、唾液中的溶菌酶活性遠高于蛋清溶菌酶 。此外，植物源溶菌酶對溶壁微球菌的溶菌活性不超過雞蛋清溶菌酶的1/3，但對膠體狀甲殼質(zhì)的分解活性則是雞蛋清溶菌酶的10倍 。溶菌酶純品為白色或微黃色結(jié)晶體或無定型粉末，無嗅，味甜，易溶于水，不溶于丙酮、乙醚 。濕度較低時，溶菌酶在室溫下可長期保存 。在酸性環(huán)境中，溶菌酶的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，耐熱性好，pH4-7的范圍內(nèi)，100℃處理1min仍保持原酶活性；在堿性環(huán)境中該酶的熱穩(wěn)定性較差 。食鹽對溶菌酶的活性起活化作用；堿和氧化劑則抑制其活性 。
02溶菌酶抑菌機理 溶菌酶的溶菌性質(zhì)主要歸因于其能夠有效水解細菌細胞壁的肽聚糖（Peptidoglycan，PG）（胞壁質(zhì)），其水解位點是N-乙酰胞壁酸(N-Acetylmuramicacid，NAM，MurNAc)和N-乙酰葡糖胺(N-Acetylglucosamine，NAG，GlcNAc)間的β-1,4 糖苷鍵 。現(xiàn)已證明，溶菌酶的活性位點通過6 個子位點（A-F）與6 個連續(xù)糖單體結(jié)合，之后結(jié)合到D 子位點的催化基團谷氨酸（Glu）35 和E 位點的天冬氨酸（Asp）52 通過一個雙取代反應(yīng)水解β-1,4 糖苷鍵（圖1） 。肽聚糖幾乎是所有細菌細胞壁的組分，它賦予細胞壁一定的機械強度，使細胞能夠抵抗細胞質(zhì)與外部環(huán)境之間組成差異造成的滲透壓，并維持細菌的特定形狀（球形，棒形，螺旋形等），一旦肽聚糖層受到破壞，細菌就會因處于高滲環(huán)境而快速裂解、死亡 。另外，細胞壁肽聚糖的合成和精細結(jié)構(gòu)是多樣的，同時肽聚糖也是高度動態(tài)更新的高分子，這個過程需要相關(guān)酶和蛋白質(zhì)的精確協(xié)調(diào)和控制 。
革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌的細胞壁肽聚糖含量存在很大差異，革蘭氏陽性菌的細胞壁由多達40 層的肽聚糖以及磷壁酸組成，而革蘭氏陰性菌通常只有不含磷壁酸的單層肽聚糖，并夾在內(nèi)膜和含脂多糖的外膜之間，這些差異解釋了為什么革蘭氏陽性菌通常對溶菌酶敏感，而不是革蘭氏陰性菌 。然而，這種屏障可被動物的先天免疫系統(tǒng)的組分破壞，例如乳鐵蛋白，防御素和導(dǎo)管素，其都能使革蘭氏陰性菌的外膜透化 。溶菌酶基于酶活性的裂解機制已經(jīng)被廣泛接受，但越來越多的研究表明溶菌酶的胞壁酶活性不是體外或體內(nèi)細菌殺滅所必需的，溶菌酶作為一種陽離子抗菌蛋白，可以在帶負電荷的細菌細胞膜上穿孔而形成有規(guī)則的離子孔道，從而引起胞內(nèi)大量的K+和內(nèi)容物外流，最終導(dǎo)致細菌死亡（圖2） 。因此，溶菌酶的酶活性和陽離子特性都與抗菌活性有關(guān) 。
【溶菌酶作用于細菌的位點是 溶菌酶的作用位點在哪里】
圖1人溶菌酶的酶學(xué)和陽離子性
(A)溶菌酶的活性位點可通過6個子位點容納最多6個連續(xù)的糖，并標注A- F 。溶菌酶水解D位點NAM和E位點NAG之間的β-1 4糖苷鍵 。(B)人類溶菌酶的帶狀模型，突出了重要的活性位點殘基，天冬氨酸(藍色)和谷氨酸(橙色) 。(C)人體溶菌酶的靜電勢圖(等電點，9.28；藍色是陽性；紅色是陰性；白色是疏水性) 。因為細菌的細胞膜是陰性的，所以溶菌酶可能對細菌表面有一種增強的電荷介導(dǎo)的吸引力，提出了一種不依賴于酶催化的殺菌機制 。
圖2 溶菌酶的兩種抑菌機制
(A)新合成的PG單體由一個雙糖組成，NAG通過一個附著的肽莖與NAM連接，而NAM被錨定通過脂質(zhì)載體(灰色)到達膜 。單體通過糖基轉(zhuǎn)移酶(綠色)的作用被添加到延長鏈中 。(B)溶菌酶水解NAM單體和相鄰的NAG單體之間的β-1 4糖苷鍵 。溶菌酶對PG的水解導(dǎo)致細胞壁不穩(wěn)定和細菌細胞死亡 。(C)溶菌酶也可以通過其陽離子性質(zhì)的機理，即溶菌酶(紅色柱體)在帶負電荷的細菌細胞膜上形成孔隙，起到殺菌效果 。
03 溶菌酶應(yīng)用 鑒于溶菌酶的廣泛分布和有效抗菌活性，其作為安全的抑菌劑在食品防腐保鮮、抗生素替代產(chǎn)品、抗菌藥物、醫(yī)療診斷等方面有著廣泛的應(yīng)用前景 。
3.1 在食品防腐等方面的應(yīng)用
溶菌酶主要用作水產(chǎn)類制品、肉類、乳制品、果蔬及飲料的防腐保鮮，其有效性已被廣泛證明，同時被很多國家批準使用，我國也已經(jīng)頒布了溶菌酶作為食品添加劑的食品安全國家標準（GB1886.257-2016） 。
3.2在飼料行業(yè)中的應(yīng)用
目前，濫用抗生素帶來的負效應(yīng)日益凸顯，細菌、真菌對抗生素的抗藥性正逐漸增強，這些問題的出現(xiàn)推動了科研人員對新型抗生素替代品的開發(fā)研究 。溶菌酶由于其安全、無殘留、對致病菌的殺菌效果，在飼料應(yīng)用中有以下幾方面：
（1）飼料的防腐劑和殺菌劑，飼料中添加溶菌酶可防止霉變，延長飼料的貯存期，減少不必要損耗 。
（2）空凈環(huán)保、殺菌抑菌 。在不少空氣凈化類產(chǎn)品中都有溶菌酶的加入，尤其是以生物酶為代表的天然凈化、殺菌類含產(chǎn)品，更是將溶菌酶作為最重要的殺菌成分之一，其中最有代表性的就是河北福賽生物推出的消殺抑菌產(chǎn)品 。
（2）防治疾病，Linderman等( 1992) 報道, 仔豬斷奶時, 胰腺的分泌突然下降, 動物消化功能出現(xiàn)短期障礙,養(yǎng)分吸收降低而導(dǎo)致腹瀉 。添加溶菌酶制劑后能有效地控制因消化不良而引起的腹瀉 。因為溶菌酶可以提高內(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 。
（3）促進消化吸收，有利于動物健康 。在不用任何抗生素情況下，于飼料中添加飼用溶菌酶制劑，可促進飼料中營養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收，提高增重和飼料報酬，減少死亡 。有文獻報道采用添加了溶菌酶飼用酶制劑飼喂同一雞舍的雞，與對照組相比，產(chǎn)蛋數(shù)增加7.04%，蛋重增加7.06%，產(chǎn)蛋率提高5.76%，飼料轉(zhuǎn)化率提高6.69% 。
（4）在水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)中的應(yīng)用，活菌制劑中有益微生物進入水產(chǎn)動物機體后,形成優(yōu)勢菌群，產(chǎn)生溶菌酶、過氧化氫等物質(zhì)，可殺滅潛在病原菌，并且產(chǎn)生各種消化酶，有利于養(yǎng)分分解，具有高度安全性，不會對水產(chǎn)動物產(chǎn)生任何危害，也不會在水中和魚體內(nèi)有殘留 。
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