作为一种糖苷水解酶的溶菌酶,又称N-乙酰胞壁质聚糖水解酶或胞壁质酶,是一种能水解致病菌中黏多糖的碱性酶。
溶菌酶广泛存在于鸟类的蛋清及哺乳动物的尿液、泪液、血液、体液(如淋巴液)、组织(如肝)、肾细胞内等[1]。
主要通过破坏细胞壁中的N-乙酰胞壁酸(NAM)和N-乙酰氨基葡糖(NAG)之间的β-1,4糖苷键,使细胞壁不溶性黏多糖分解为可溶性糖肽,导致细胞壁破裂而使细菌溶解。
溶菌酶对人体无毒副作用,是一种安全的天然防腐剂,具有抗病毒、抗菌、抗肿瘤之功效。
可用作为药物制剂、防腐剂、基因与细胞工程中细胞融合剂等[2]。
作为碱性酶的溶菌酶,其来源不同,水解细胞壁的性能也表现为较大差异[3]。
溶菌酶水解微生物细胞壁的作用机理是破坏细胞壁结构中的肽聚糖,作用位点是NAM与NAG碳原子间的β-1.4糖苷键[4]。
肽聚糖作为微生物细胞壁的主要成份(骨架),是NAG 与NAM 通过 β-1,4 糖苷键交替排列形成的多层网状结构的共聚物[5]。
肽聚糖结构中的任何化学键断裂,都能促使细胞壁中的肽聚糖分解,导致细菌细胞壁被破坏,从而体现溶菌酶的溶菌特性[6]。
近年来,根据不同原料及溶菌酶的特性,提取分离溶菌酶的方法有结晶法、反胶团萃取法、离子交换法、色谱法、亲和层析法等。
结晶法这一传统的方法,是由 Mayer Abraham 等提出并获得结晶状溶菌酶[7]。
本文利用湖光岩地区的鹌鹑蛋为提取原料,采用结晶法提取分离溶菌酶,进而利用重结晶的方法反复精制,可提取到所需纯度的溶菌酶晶体[8]。
1 实验1.1 主要仪器、试剂与材料1.1.1 主要仪器UV-29200 紫外可见分光光度计;JJ-a 数控恒温磁力搅拌器;M304781 离心机;DSX-280B蒸气压力灭菌锅;KYC-111 摇床;SW-CJ-2F 超净工作台;FD-1B-50 冷冻干燥机;2X-15D 旋片式真空泵;R201 旋转蒸发仪;Sorvalls Upert-21 高速离心机;YP-5002 电子天平。
1.1.2 主要试剂R-250、G-250考马斯亮蓝;NaH2PO4;Na2HPO4;1mol/L NaOH;20000 u/mg溶菌酶标准液;3g/L牛肉膏;营养肉汤;10g/L胰蛋白陈;微球菌;5.1%的 NaCl溶液;HCl;CH3COOH;琼脂。
1.1.3 主要材料新鲜湖光岩鹌鹑蛋,购置于湖光岩农贸市场。
1.2 实验方法溶菌酶结晶法提取及其酶活力的探讨黄赞良,谈海玉,邓彩思,张兆霞*,李 泳*(广东海洋大学,广东 湛江 524088)摘 要:以湖光岩鹌鹑蛋为原料,采用结晶法从蛋清中分离提取溶菌酶。
探讨不同条件对溶菌酶收率及活性的影响,确定溶菌酶最佳的分离提取条件:盐析NaCl质量分数为5.1%,pH=10.7,盐析时间为120h,收率达到 0.378%,酶活力达到 13700 U/mg。
关键词:盐析法;溶菌酶;酶活力中图分类号:S188 文献标识码:A 文章编号:1004-275X(2017)05-083-04_________________________收稿日期:2017-04-25基金项目:广东海洋大学团队项目(项目编号:C13435), 大学生创新创业项目(项目编号:CXXL2016152)。
作者简介:黄赞良,广东海洋大学,制药工程专业,大学生。
*通讯作者:张兆霞,李泳,广东海洋大学教师,从事生物酶相关方面的科研工作。
云南化工2017年第5期·84·1.2.1 溶菌酶的提取1)将新鲜鹌鹑蛋洗净晾干、用无菌注射器收集鹌鹑蛋清液并搅拌均匀后,用纱布过滤去除蛋清中的卵带备用。
2)取一定量蛋清液,加入适量NaCl后搅拌均匀,用1M的NaOH溶液调节蛋清液,使pH=10.7左右,投入适量溶菌酶晶种后,放置于4℃环境大约5d,待析出溶菌酶晶体后,冷冻干燥得干粉溶菌酶。
1.2.2 溶菌酶底物的制备1)培养基的配制取5g NaCl,3.0g牛肉浸取物,10.0g蛋白胨,放置于1 L 蒸馏水中溶解,加入2%的琼脂液,用酸碱液调节pH为7.0,用三角瓶分装成斜面,在120℃的水蒸气条件下灭菌20min后备用。
2)底物的制备用0.5mL的无菌水振荡溶解冻干溶壁微球菌,并将菌体接种于培养基斜面中,于25℃培养 2 d,备用(如果需要,可再次接种扩培)。
用无菌水洗涤菌体,5000r/min 离心15min,收集沉淀菌体,反复洗涤至无蛋白(以考马斯亮蓝R250蛋白质显色法[9]检测),冷冻干燥得干粉菌体。
用0.5g干粉菌体和适量的0.1mol/L、pH=6.2的磷酸缓冲溶液,于玛瑙研钵中研磨 5min后,稀释至 30~40mL 备用。
1.2.3 溶菌酶活力的测定1)酶液的制备:以0.1% 的氯化钠溶液作为激活剂,称5mg干粉溶菌酶与0.1mol/L、pH=6.2 的磷酸缓冲液溶配制成5.0×10-2mg/mL的溶菌酶溶液。
2)1个酶活力单位:在1min、pH= 6.2的条件下,使溶菌酶溶液OD450值降低1×10-3个单位定义为1个酶活力单位。
以标准溶菌酶的检测条件为固定的标准测定条件。
酶活力单位计算公式:在光密度OD450为 0.5~0.6 的范围内,酶活力单位(U/mg) = (OD t=0-OD t=60)/样品的质量(mg)×10003)酶活力的测定。
将底物液与溶菌酶溶液分别于常温水浴中保温10min,测量底物液的OD450值作为空白值,接着加入0.2mL溶菌酶溶液迅速摇匀,并开始记时,每隔1min 测1 次OD450值。
2 结果与讨论2.1 盐析时间对溶菌酶活性的影响由于溶菌酶处于盐析条件下,其活性随时间而减退,所以确定适当的盐析时间是十分重要的。
在盐析实验过程中,每隔20h取样一次,并测定鹌鹑蛋清的比酶活,结果见图1。
图1 盐析时间对溶菌酶收率的影响由图1知,在盐析20h时,酶活力测定最高为16100 U/mg,随着盐析时间的增加,酶活力逐步下降,在盐析120h时,酶活力为13700 U/mg,此后,酶活力迅速下降。
说明随盐析时间增加,酶活力逐渐下降。
2.2 pH 值对溶菌酶活性的影响每隔0.5个pH 值单位取一次溶菌酶溶液,并测定比酶活,结果见图2。
图2 pH 值对溶菌酶活性的影响由图2知,溶菌酶在pH=6.5时酶活力最高,为13700U/mg,升高或降低溶菌酶溶液的pH值,酶活力都将迅速下降。
2017年第5期·85·黄赞良等:溶菌酶结晶法提取及其酶活力的探讨2.3 温度对溶菌酶活性的影响改变溶菌酶溶液的温度,每隔10℃ 取样一次,并测定其溶液的比酶活,结果见图3。
图3 温度对溶菌酶活性的影响由图3可见,在20~90℃的范围内,溶菌酶活性于50℃ 时最高,为13700 U/mg。
2.4 盐析时间对溶菌酶收率的影响在盐析过程中,每隔20h,测定一次溶菌酶的收率,结果见图4。
图4 盐析时间对溶菌酶收率的影响由图4 可见,溶菌酶的收率在0~120h的盐析时间内是逐渐增加的,且盐析达到120h时,酶的收率最高。
当盐析超过120h后,酶的收率则有些下降。
所以,鹌鹑蛋溶菌酶的盐析时间应不小于120h。
2.5 pH 值对溶菌酶收率的影响选用不同PH值条件下,提取分离溶菌酶,每隔0.5个pH 值单位,测定一次溶菌酶的收率,结果见图5。
图5 pH 值对溶菌酶收率的影响由图5可知,pH 值介于9.0~10.7范围内,溶菌酶的收率随pH的升高而逐步增大,当pH = 10.7 时,溶菌酶的收率达到最高。
当pH值超过10.7时,随着pH 值的增加,溶菌酶的收率又迅速降低,所以,溶菌酶的盐析pH 值应在10.7左右。
2.6 NaCl的质量分数对溶菌酶收率的影响选用不同NaCl的质量分数,盐析分离溶菌酶,每隔0.5个质量分数单位,测定一次溶菌酶的收率,结果见图6。
图6 NaCl的质量分数对溶菌酶收率的影响由图6可知,NaCl质量分数介于3.0%~5.1%范围内,随质量分数的升高溶菌酶的收率逐步提高,当NaCl质量分数达到5.1%时,溶菌酶的收率最高。
随着NaCl质量分数继续增大,溶菌酶的收率反而逐步下降,所以,溶菌酶的盐析NaCl质量分数应在5.1左右。
3 结论采用NaCl作为盐析剂,于等电点分离并结晶云南化工2017年第5期·86·溶菌酶。
得出提取分离鹌鹑蛋溶菌酶最佳条件:盐析用5.1% 的NaCl溶液的质量分数、10.7的pH、120h的盐析时间。
获得溶菌酶活力最高达13700 U/mg,溶菌酶的收率为0.378%。
溶菌酶在工农业生产中应用广泛,溶菌酶因来源不同,所得分子量、结构及性质等会有所不同,因而,应根据具体提取物质,来制定不同的分离工艺路线。
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