角蛋白酶的研究与应用前景

角蛋白酶(keratinase) 是一种可以特异性降解角蛋白的酶类,其来源广泛,多种微生物在羽毛降解过程中均可产生角蛋白酶。不同菌种来源的角蛋白酶,其结构、理化性质、活性和底物也不同。其在饲料行业、制革工业和环境废弃物处理等多个方面具有广泛的应用前景,能够产生巨大的社会效益和经济效益。本文系统总结了角蛋白酶的来源、分类、理化性质、作用机理及其在基因工程研究等方面的一些最新进展,简要介绍了其应用研究现状,并展望了角蛋白酶的应用前景。     

角蛋白酶研究进展

角蛋白化学结构稳定,不易被一般的蛋白酶降解;但作为角蛋白酶的专一性底物,角蛋白可被角蛋白酶降解.本就角蛋白酶的生产菌、降解角蛋白的生化机制、角蛋白酶的生化及分子生物学特性等方面的最新研究进展作一综述.     

微生物角蛋白酶的特性及其应用研究进展

角蛋白作为家禽加工和农业废弃物的主要成分,因其结构中富含能抵抗普通蛋白酶和化学催化剂降解的稳定交联二硫键而难以被利用,因此每年都在环境中大量积累,造成了严重的环境污染。微生物角蛋白酶可将角蛋白废弃物转化为可再次利用的产物,带来了经济的可行性及环境的可持续发展。本文主要综述了角蛋白酶的生物化学特性、角蛋白酶的基本结构及其表达特性,总结了其应用价值及角蛋白降解机制,最后展望了微生物角蛋白酶的进一步研究方向。     

科技信息

角蛋白酶研究进展角蛋白酶(keratinase)是分解角蛋白的一类蛋白酶,应用广泛,如分解含角蛋白的毛发、羽毛、角蹄、鳞等等,而角蛋白的化学结构稳定,不溶于水,一般的蛋白酶对它们降解不起什么作用。只有角蛋白酶对角蛋白有分解活性,所以称这种酶为角蛋白酶。除某些真菌、放线菌具有产生角蛋白酶能力之外,在细菌中某些细菌菌种具有分解角蛋白的活力,如黄杆菌属Chryseobacterium、Bacillus等属的某些种产生角蛋白酶均有分解角蛋白酶能力,其中有两种细菌值得注意:一是地衣芽孢杆菌(Bac.lincheniformis),它似乎以羽毛为唯一有机底物生长繁殖,从分…     

角蛋白酶研究进展

角蛋白酶（keratinase）是分解角蛋白的一类蛋白酶,应用广泛,如分解含角蛋白的毛发、羽毛、角蹄、鳞等等,而角蛋白的化学结构稳定,不溶于水,一般的蛋白酶对它们降解不起什么作用。只有角蛋白酶对角蛋白有分解活性,所以称这种酶为角蛋白酶。     

微生物角蛋白酶的分子生物学研究进展

角蛋白酶具有分解角蛋白的活性,在饲料,食品加工,环境废物处理等方面,具有广泛的应用前景。本文综述了微生物角蛋白酶的来源,角蛋白酶的理化性质,作用机理,基因分离和表达等分子生物学和基因工程研究进展,并对其应用前景进行了展望,对其今后的发展趋势进行了讨论。     

链霉菌降解角蛋白的生化机制研究*

对弗氏链霉菌S-221变种降解角蛋白的生化机制进行了初步研究。该菌在角蛋白底物作用下诱导产生角蛋白酶。它是一种复合蛋白酶,含有二硫键还原酶和多肽水解酶等多种酶活性组分。硫酸钠、亚硫酸钠和巯基乙醇对角蛋白酶具有强烈的激活作用,其主要表现作用于角蛋白酶中的二硫键还原酶。亚硫酸钠在0·01mol/L浓度下不仅作用于二硫键还原酶,而且还作用于多肽水解酶。硫代硫酸钠对二硫键还原酶有强烈的抑制作用。角蛋白酶降解羽毛角蛋白首先是角蛋白酶中的二硫键还原酶使角蛋白中二硫键裂解产生变性角蛋白,然后变性角蛋白在多肽水解酶的共同     

链霉菌降解角蛋白的生化机制研究

对弗氏链霉菌S-221变种降解角蛋白的生化机制进行了初步研究。该菌在角蛋白底物作用下诱导产生角蛋白酶。它是一种复合蛋白酶,含有二硫键还原酶和多肽水解酶等多种酶活性组分。硫酸钠、亚硫酸钠和巯基乙醇对角蛋白酶具有强烈的激活作用,其主要表现作用于角蛋白酶中的二硫键还原酶。亚硫酸钠在0．01mol／L浓度下不仅作用于二硫键还原酶,而且还作用于多肽水解酶。硫代硫酸钠对二硫键还原酶有强烈的抑制作用。角蛋白酶降解羽毛角蛋白首先是角蛋白酶中的二硫键还原酶使角蛋白中二硫键裂解产生变性角蛋白,然后变性角蛋白在多肽水解酶的共同作用下逐步水解成多肽、寡肽和游离氨基酸,使角蛋白彻底降解。在角蛋白降解过程中,角蛋白中的硫也随之转化成巯基化合物,H2S和硫酸盐3种含硫化合物存在于降解产物中。     

提高微生物角蛋白酶产量和催化性能的研究进展

角蛋白酶是一类能水解难溶性角蛋白废物的广谱蛋白酶,在饲料、肥料、医疗、制革和洗涤剂等领域具有良好应用前景。但目前已报道的天然角蛋白酶存在产量低、活性低和稳定性差的问题,限制了角蛋白酶的应用。提高角蛋白酶产量和催化性能的策略主要包括寻找新的角蛋白酶资源、改造天然宿主、异源表达、优化发酵条件和通过随机突变与（半）理性设计修饰角蛋白酶。利用上述一种或多种策略,有望提高角蛋白酶产量和催化性能,缩短生产时间,降低生产成本,促进角蛋白酶在各领域的应用。     

定点突变提高枯草芽孢杆菌角蛋白酶的低温催化活性

[背景]角蛋白酶KerZ1能在60℃的最适温度下高效降解角蛋白底物,然而其在低于最适温度条件下的酶活极低,难以适应工业生产和实际应用的要求.[目的]提升角蛋白酶KerZ1的低温催化活性.[方法]结合同源比对与折叠自由能分析向角蛋白酶KerZ1引入氨基酸突变,并对突变体的酶学性质进行研究.[结果]对KerZ1柔性环区域(...     

角蛋白单体获得及诱导S.maltophilia DHHJ产角蛋白酶研究

可降解羽毛微生物能以羽毛粉为唯一营养源生长,而羽毛粉是一种大颗粒的不溶性底物,不能直接进入细胞内作为营养源同时作为一级信使来诱导酶基因表达.本文通过化学还原法水解羽毛得到可溶性羽毛角蛋白溶液,利用电泳和质谱验证其分子量约10 kD,为角蛋白单体.分别以该可溶性羽毛角蛋白及角蛋白单体酶解片段为诱导源,在无诱导源、羽毛粉为对照的情况下,测定72 h内嗜麦芽窄食单胞菌(S.maltophilia)DHHJ产生的角蛋白酶的酶活.在无诱导源时,角蛋白酶基因表现本底表达(0.5 U/mL);培养基中添加羽毛粉及角蛋白单体时,角蛋白酶表达量高,分别可达15 U/mL和20 U/mL.并且角蛋白单体酶解片段诱导酶表达较低(2.3 U/mL).该结果初步表明,水溶性角蛋白单体作为信号源与细菌细胞接触或进入细胞内,控制角蛋白酶基因表达.该结果为细菌降解角蛋白分子机制研究奠定基础.     

一类嗜角蛋白真菌——金孢属的应用价值评介

金孢属(Chrysosporium)真菌在地球上分布广泛,具有较强的环境适应能力,能产生许多有用的代谢物。它们是一个喜角蛋白的类群,大多数可以产生角蛋白酶。此类真菌在国民经济中有广泛的应用价值。文中评述了金孢属真菌产生的抗癌、抗真菌、抗寄生虫等抗生素类物质的研究进展,以及此类真菌在生物防治、食品工业、日用化工、皮革生产、纺织工业、造纸工业、功能酶的生产、环境检测与保护等方面的研究状况及其潜在的应用价值和研究意义,同时介绍了金孢属的某些种作为人或动物病原菌的研究进展。     

Stenotrophomonas maltophilia产角蛋白酶对羊毛的作用机理探讨

采用Stenotrophomonas maltophilia产角蛋白酶降解羊毛角朊蛋白,通过测定反应前后残液中巯基和肽键的变化探讨角蛋白酶作用机理。结果表明,角蛋白酶主要作用是断裂角蛋白中的二硫键,也能降解大分子蛋白质,但作用效果不强。羊毛胱氨酸分析结果进一步证明角蛋白酶能断裂羊毛鳞片层中胱氨酸二硫键。SEM结果显示单独使用角蛋白酶对羊毛鳞片去除效果不佳,但角蛋白酶和蛋白酶二浴法工艺能有效降解、剥离羊毛鳞片。     

角蛋白酶kerC基因的克隆及序列分析

为克隆分析角蛋白酶ker C基因,本研究以羽毛为底物从11株实验室保存的芽孢杆菌中筛选角蛋白酶产生菌。得到了一株具有高效降解羽毛能力的枯草芽孢杆菌BS10,该菌株3 d即可降解一根完整的羽毛,以羽毛粉、天青角蛋白为底物测定其酶活力,分别达(1.88±0.10)U/mL、(1.79±0.49)U/mL。以同源克隆的方法克隆ker C基因,获得了一条全长1 149 bp的kerC基因(Gen Bank登录号:KX108888),编码383个氨基酸。利用BLAST、ProtParm、SOPMA和MEGA等生物信息学工具对其理化性质、二级结构及系统进化树等进行分析,发现其与NCBI中的角蛋白酶基因相似性达到85%;相对分子质量为39.095 kD,等电点为9.23;该基因蛋白为亲水性蛋白;系统进化树分析结果与菌株信息相吻合。羽毛降解菌的获得可促进废弃羽毛资源化利用;角蛋白酶基因的获得及其分子特征的分析,为进一步通过基因工程手段提高角蛋白酶活性提供了一定的理论依据。     

角蛋白酶及其研究进展

角蛋白在一般情况下很难被降解,工业上用高温、高压的办法降解角蛋白。然而,角蛋白酶能在温和的条件下降解角蛋白。本文对角蛋白的理化性质、发酵条件和分子生物学进行了综述。     

高温放线菌YT06降解羽毛的研究

前期研究筛选获得1株能在60℃、48 h内降解完整羽毛的菌株YT06,通过形态学和16S r DNA分析,该菌株属于高温放线菌属(Thermoactinomyces sp.)。利用单因素和正交试验优化YT06的产高温角蛋白酶条件,结果发现:最适培养条件为蔗糖15 g/L、Na NO38 g/L、羽毛5 g/L,初始p H 9,培养温度60℃,转速180 r/min,摇床培养48 h后,角蛋白酶酶活为43.5 U/m L。当羽毛添加量为10 g/L时,降解产物中游离氨基酸含量高达3.328 mg/m L,其中,近50%的游离氨基酸为甘氨酸、缬氨酸和天冬氨酸。应用扫描电镜观察YT06对羽毛的降解过程,发现菌丝能穿透羽毛表面沿纵向生长,破坏羽毛角蛋白紧密的表面结构。红外光谱显示羽毛角蛋白的C—S键在降解之后消失,该结果能对高温放线菌降解羽毛角蛋白机制的研究提供依据。     

一株海洋来源铜绿假单胞菌Gxun-7角蛋白酶基因的克隆、表达及重组酶酶学性质

【背景】角蛋白酶是一类特异性降解角蛋白的水解酶,在动物饲料、生物肥料、医学、洗涤、制革及环境治理等方面具有重要的应用潜力。【目的】对前期从海洋环境筛选出的一株铜绿假单胞菌Gxun-7的角蛋白酶基因进行克隆、表达,并探究重组酶酶学性质,为角蛋白酶在工业生产中的应用奠定基础。【方法】以铜绿假单胞菌Gxun-7基因组推定的角蛋白酶基因为基础,设计引物克隆获得角蛋白酶基因kp2,构建重组表达质粒pET22b-kp2,并转化到E. coliRosettagamiB (DE3)中进行诱导表达,同时对重组表达菌株的表达条件进行优化。利用镍柱分离纯化重组角蛋白酶并研究其酶学性质。【结果】重组角蛋白酶的分子量约为33 kDa,最适温度和pH值分别为40 ℃和8.0,在温度30-60 ℃和pH 6.5-8.0具有较好的稳定性。金属离子Co²⁺、Cu²⁺和化学试剂十二烷基磺酸钠(sodium dodecyl sulfonate,SDS)、乙二胺四乙酸(ethylenediaminetetraacetic acid,EDTA)、苯甲基磺酰氟(phenylmethylsulfonyl fluoride,PMSF)对酶活力有抑制作用,而Mg²⁺、K⁺、巯基乙醇和二硫苏糖醇(dithiothreitol,DTT)对酶活力有促进作用。重组角蛋白酶具有良好的耐盐性,在12.5%的NaCl作用下相对酶活为87.55%。以酪蛋白为底物时,酶的K_m值为60.92 mg/mL、V_max值为9.70 U/mL。【结论】海洋来源铜绿假单胞菌Gxun-7的重组角蛋白酶具有良好的温度、碱、盐稳定性,可应用于工业生产中。     

角蛋白与肿瘤

角蛋白属于I型和II型中间纤维,是上皮细胞中间纤维的主要组成蛋白。角蛋白对上皮细胞及组织的稳定性和完整性具有重要的功能,此外,许多角蛋白还参与细胞内的信号转导通路。角蛋白的基因突变会导致一系列的遗传性皮肤病,还能引起肝脏、口腔粘膜、食管、外阴、直肠粘膜的白海绵痣等疾病。最近大量研究发现,角蛋白在人类多种类型肿瘤中也存在特异性表达,角蛋白及其抗体在肿瘤的免疫化学诊断、核转移、精确的分型或分类等方面具有重要的作用,并且还有助于预测肿瘤治疗反应和预后情况。因此,研究角蛋白与肿瘤之间的相互联系,揭示它们的作用机制对肿瘤的诊断和治疗有着重要意义。该文回顾了近年来角蛋白的分子生物学研究概况及临床应用,对各种角蛋白与肿瘤发生、进展、诊断以及预后的关系进行综述,同时对存在的问题及困难作了探讨并对未来的研究进行了展望。     

角蛋白与肿瘤

角蛋白属于I型和II型中间纤维,是上皮细胞中间纤维的主要组成蛋白。角蛋白对上皮细胞及组织的稳定性和完整性具有重要的功能,此外,许多角蛋白还参与细胞内的信号转导通路。角蛋白的基因突变会导致一系列的遗传性皮肤病,还能引起肝脏、口腔粘膜、食管、外阴、直肠粘膜的白海绵痣等疾病。最近大量研究发现,角蛋白在人类多种类型肿瘤中也存在特异性表达,角蛋白及其抗体在肿瘤的免疫化学诊断、核转移、精确的分型或分类等方面具有重要的作用,并且还有助于预测肿瘤治疗反应和预后情况。因此,研究角蛋白与肿瘤之间的相互联系,揭示它们的作用机制对肿瘤的诊断和治疗有着重要意义。该文回顾了近年来角蛋白的分子生物学研究概况及临床应用,对各种角蛋白与肿瘤发生、进展、诊断以及预后的关系进行综述,同时对存在的问题及困难作了探讨并对未来的研究进行了展望。     

角蛋白降解菌的筛选及其UV诱变选育

从长年堆积废羽毛的土壤,屠鸡场下水道、池塘底污泥中分离出一株角蛋白降解菌C-1,摇瓶发酵测得其角蛋白酶活达35.6U,经形态观察和生理生化鉴定该菌株属于芽孢杆菌属.对菌株进行Uv诱变,在照射时间为100 s下得到一株产角蛋白酶活较高突变株C-1-4,其酶活比原始出发菌株提高了122%,且遗传性状稳定.