菠萝蛋白酶的制备及活性测定

1、菠萝蛋白酶的制备及活性测定背景菠萝蛋白酶 (Bromelain)，别名菠萝酶， 是存在于菠萝 (Anana COmOSl2S)植株中的蛋白质水解酶， 为浅黄色无定形粉末， 微有异臭。 菠萝的果、 茎、柄和叶片中都含有菠萝蛋白酶。一般从菠萝果中提取的称为果菠萝蛋白酶，从菠萝皮、 茎中提取的为茎菠萝蛋白酶。八成熟的菠萝果汁含有约0 4 的菠萝蛋白酶，成熟的菠萝果汁含有O3 左右的菠萝蛋白酶，茎汁含 8 7 的菠萝蛋白酶 (Murachi ，et a1 ， 1964) 。 1981 年， Marcano首先发现菠萝汁中含有蛋白水解酶，随后Willstatter， Bergmann和 Martin相继

2、指出，菠萝蛋白酶存在于果、 皮和茎部中， 存在于茎部的称为茎酶 (Stembromelain EC3 4 22 4) ，存在于果汁中的酶称为果酶(Fruit bromelainEC3 4 22 5) 。Murachi和 Neurath、E1 G harbawi和 Whitaker采取层析法分离提取了菠萝蛋白酶并研究了它的活性成分。结构特性研究表明，果菠萝蛋白酶是酸性酶，等电点为pH4 6 ，茎菠，约为33 ，000 ，等电点为 pH9 5 ，其活性中心的氨基酸顺序和催化机理与木瓜蛋白酶相似，并确定茎菠萝蛋白酶为糖蛋白。Ota S et aL研究指出，茎菠萝酶分子量为36000，末端氨基酸残基是

3、丙氨酸，果酶分子量为30000，末端氨基酸残基也为丙氨酸，碳水化合物分析与Muraclli的分析结果相似。1988年， T L迈诺特等由十二烷基硫酸钠聚丙烯胺凝胶电泳(SDS PAGE) 测定果菠萝蛋白酶分子量22200 25080 ，等电点 3 84 8 。菠萝蛋白酶是各种酶的混合物，已知菠萝蛋白酶粗品中包含至少五种蛋白水解酶，也包含非蛋白水解酶，包括酸性磷酸酶和过氧化物酶，并含有淀粉酶和纤维素酶活性，还存在其他成分。菠萝蛋白酶成分的复杂性，限制了其在生产中的应用，特别是医药领域对功能成分的要求上，因此对菠萝蛋白酶的成分和各成分的具体功能的分析研究具有重要意义。菠萝蛋白酶纯品是一种糖蛋白，分

4、子结构中含有一个寡糖分子，由木糖(xylose，xyl) 、岩藻糖 (fucose，Fuc) 、甘露糖 (mannose，Mall) 和 N 一乙酰葡萄胺(N aceltylglucosamine，GIcNAC)组成用离子交换柱层析、硫酸铵沉淀等方法提纯得到的菠萝蛋白酶进行研究表明，菠萝蛋白酶相对分子量为33200D，等电点为pH9 55 ，酶液的最大吸收波长为280nm，0 051 浓度的酶液在280nm的光吸收值达0 984(Murachi，et a1 ， 1964)。分子中有4 个 N一乙酰化的氨基己糖，含糖2 1 ，分子中有285个氨基酸残基，含氮量为15 88 。在 Murachi

5、等研究的基础上， 1989 年，Ritonja 等排列出了菠萝蛋白酶主要组分的氨基酸顺序，有 20 种氨基酸，共 212 个， C 端的氨基酸为谷氨酸 (Glu) ，N 端的氨基酸为丙氨酸(Ala) ，相对分子质量为23828 。菠萝蛋白酶作为有活性的蛋白质，易受到温度、pH 、金属离子等的影响。 研究表明 ( 章佩芬等， 1999)：菠萝蛋白酶的最适反应温度介于55 60 ，温度再高， 酶的热失活增强， 反应速度下降； 菠萝蛋白酶的最适pH 在 6 5 7 5 ，在 7 1附近达最大值， 在酸性环境中，酶反应速度下降快，在碱性下有个较宽的应用范围，酶较稳定的 pH 范围在 3 54 5 ；菠

6、萝酶反应影响不大，MgCl2 、 CaCh 对酶有一定程度的抑制作用。生产过程中，为了保护酶的活性，防止酶自身水解作用，常加入一些活性保护剂，如 EDTA 、维生素 C、半胱氨酸等， 提高酶的活性， 延长酶的保存时间。 1999年，HHLiang等人研究发现，茶多酚与菠萝蛋白酶结合后能提高酶的热稳定性，延长酶的半衰期。1 3 菠萝蛋白酶的提取纯化方法菠萝蛋白酶的提取纯化方法很多，目前，用于工业化生产的提取方法主要有三种( 王平诸等，2002)：高岭土吸附法、单宁沉淀法、超滤浓缩法。流程(1) 高岭土吸附法工艺流程菠萝下脚料 ( 压榨 ) 一汁液 ( 高岭土吸附 ) 一吸附物 ( 洗脱、压滤 )

7、 一洗脱液 ( 盐析 ) 一盐析物 ( 离心) 一湿粗酶饼 ( 溶解、过滤 ) 一澄清液 ( 沉淀 ) 一湿酶 ( 干燥 ) 一精品(2) 单宁沉淀法工艺流程菠萝下脚料 ( 压榨 ) 一汁液 ( 去杂质 ) 一澄清液 ( 加稳定剂 ) 啼稳定液 ( 加单宁 ) 一单宁沉淀物 ( 洗脱) 一滤液 ( 干燥 ) 一酶制品(3) 超滤浓缩法工艺流程菠萝下脚料 ( 压榨 ) 一汁液 ( 去杂质 ) 一澄清液 ( 超滤浓缩 ) 一浓缩液 ( 降温、加沉淀剂、沉淀) 一湿酶 ( 减压干燥 ) 一酶制品步骤2 4 1 1 酪蛋白溶液的配制称取酪蛋白0 609 ，加 0 05mol L 磷酸二氢钠溶液80mL

8、 ，搅拌溶解后，加0 1molL 盐酸液调节pH 至 7 0 ，加水至100mL即得。2 4 1 2 酶稀释液的配制称取 L 半胱氨酸0 269 ， EDTA 0 229 ，分别加适量水溶解后，调节pH 至 6 0 ，加水定容至100mL，即得本液，现配现用。2 4 1 3 三氯乙酸溶液的配制称取三氯乙酸17 999 ，加醋酸钠29 949 ，和冰醋酸18 9mL ，加适量水溶解后，加水至1000mL，摇匀，即得。2 414磷酸缓冲液量取0 2 mol L Na2HP04 溶液 1 2 3mL 与 87 7mL 0 2 mol L NaI-12P04溶液混合，定容至 500ml 即得 0 05

9、mol L， pH6 0 磷酸缓冲液。2 415层析缓冲液称取1 219 Hs 碱， 0 589 NaCl ， 1 mol L 的 EDTA lmL，加蒸馏水稀释到 1L ，用磷酸盐调 pH5 0 8 O。梯度洗脱时高浓度氯化钠洗脱液的配制，加氯化钠87 669 ，至 1 50mol L ，其余数据同上。2 4 1 6 SDS 聚丙烯酰胺凝胶电泳所用溶液储存液：2 mol L Tris ·HCI(pH8 8) ， 100mL称取 2429Tris 碱，加 50mL 蒸馏水， 缓慢加浓盐酸至pH8 8 ，再加蒸馏水至100mL。l mol L Tris-HCI(pH6 8) ， 100

10、mL称取 1219 秭 s 碱，加 50mL 蒸馏水， 缓慢加浓盐酸至pH8 8 ，再加蒸馏水至100mL。10 (W V)SDS ， 100mL称取 109 SDS，加蒸馏水至100mL，室温保存。 50 (V 厂 V) 甘油， 100mL倒取甘油 (100 )50mL，加入 50mL蒸馏水。 l (W V) 溴酚蓝， 10mL称取 100mg溴酚蓝，加蒸馏水至100mL，搅拌至完全溶解，过滤除去聚合的染料。工作液：A 液：丙烯酰胺储存液，10mL30 (W V) 丙烯酰胺， O 8 (W ) 双丙烯酰胺。 B 液： 4X 分离胶缓冲液， 100mL(4 下保存 )75mL 2mol L T

11、ris-HCl(pH8 8) ， 4mL 10 SDS ， 21mL蒸馏水。C 液： 4X堆积胶缓冲液， 100mL(4 下保存 )50mL lmol L Tris HCl(pH6 8) ， 4mL 10 SDS ， 46mL蒸馏水。10 过硫酸铵， 5mL0 59 过硫酸铵， 5mL 蒸馏水，密封于磨口试管，4"C 下保存。电泳缓冲液， lL39 Tris 碱， 14 49 甘氨酸， lg SDS ，加蒸馏水配成1L 溶液，室温下保存。2x 样品缓冲液， 100mL0 25mol L"Iris-HCl(pH6 8) ，4 (W V)SDS， 20 (V V) 甘油，痕量溴

12、酚蓝，浓缩胶缓冲液 (4X)5mL ，SDS( 干粉 )0 49 ，甘油 (50)4mL，溴酚蓝 (1 )201xl，加水至 100mL 。含 2 巯基乙醇的样品缓冲液(1X)现用现配，稀释 2X 样品缓冲液储液，加入2 巯基乙醇至终浓度为5(V V) 。灌制 x 分离胶的计算A 液 X 3mL ，·B 液 2 5mL ，蒸馏水 (7 5制 3)mL ，10 过硫酸铵509L ，TEMED 501 tl(X>8 时，用 10u 1) 总量 10mL 。2 4 2 酶活测定方法对于供试酶液 (2 4 4 1) 量取 5mL( 酶制品称取样品0 0159 ，置研钵中，加适量酶稀释液

13、研磨 10rain) 用水移至 100mL量瓶中，加水至刻度，摇匀，量取5mL 至 10mL量瓶中，加酶稀释液至刻度，摇匀，放置 15min后，准确量取 lmL ，置具塞试管中于 37+024C 水浴中保温 10min，精密量取在37 ±0 2"C 中保温的酪蛋白溶液5mL ，迅速加入混匀，同时开动秒表，准确反应10rain，立即加入三氯乙酸溶液5mL ，摇匀，过滤。另取样品溶液 lmL 置具塞试管中于37+0 2"C 保温 10min ，精密加入 37 三氯乙酸溶液 5mL ，准确反应 10rain ，立即精密加入酪蛋白溶液5mL ，摇匀，过滤，滤液作空白，按照

14、分光光度法 ( 中国药典 1977版 ) 在 275nm处测定吸光度 ( 施特尔马赫， 1992) 。准确称取酪氨酸标准品 50mg ，置 100mL量瓶中， 加 O1mol L 盐酸溶液至刻度， 摇匀，准确量取 lmL置 10mL 量瓶中，加O 1mol L 盐酸溶液至刻度，摇匀( 每 lmL 含酪氨酸 5099 ，以水作空白，在 275nm处测定吸光度。在 pH7 0 ， 37*(2条件下，每分钟水解酪蛋白生成lpg L 酪氨酸所需的酶量为一个活力单位。酶活力计算公式：每克 (mL) 菠萝蛋白酶活力U g(U mL) =石 A×so× 。11 。 ×意以 10

15、样品体积(重量)A： 样品吸光度As ：酪氨酸吸光度11 ：样品最后反应完毕体积10 ：反应时间50 ：每 mL 含有酪氨酸的烬数2 4 3 蛋含量测定方法采用考马斯亮兰G 250 法 (George R， 1973)测定蛋白质含量：标准蛋白溶液的配制：称取10mg牛血清白蛋白溶于去离子水并定容至100mL，配成0 1mg mL 的标准蛋白溶液。考马斯亮兰G 250 染料试剂：称100mg考马斯亮兰G 250 ，溶于 50mL 95的乙醇后，再加入120mL 85的磷酸，用水稀释至lL ，过滤后贮于棕色瓶中。标准曲线的绘制：取7 支试管，编号后如表1 ，混匀，放置2min后，在 595nm波长

16、下比色测定 ( 应在lh内完成 ) ，以牛血清白蛋白含量( 嵋 ) 为横坐标，以吸光度为纵坐标。2 4 4 2 纳米 n02吸附法供试酶液中加纳米Ti02搅拌均匀一离心 (4000 rpm ， 15min) 一取沉淀用柠檬酸缓冲液洗脱一搅拌 (30rain)一离心 (4000 rpm， 15rain) 一取上清液一超滤浓缩一冷冻干燥一酶制品。操作要点：吸附、洗脱：供试酶液置于玻璃或不锈钢容器中，加入纳米Ti02 搅拌均匀，吸附20 30min，离心弃上清，沉淀用柠檬酸缓冲液洗脱，离心取上清。超滤：洗脱液先用截留分子量为40KD的超滤膜除去较大分子量的杂蛋白，再用截留分子量为 20KD的超滤膜除

17、去较小分子量的杂蛋白及其它小分子杂质，采用加去离子水多次超滤。冷冻干燥：据共晶点确定干燥参数。纳米 Ti02吸附能力再生： 纳米二氧化钛吸附洗脱后，采用 0 1mol LNaOH溶液浸泡，再用去离子水洗涤至中性，干燥后进行重吸附实验，吸附效果可恢复90 以上。2443 高岭土吸附法供试酶液 -an 4高岭土，搅20min,10。 C 吸附 30 60min-,静置一吸出上清一沉淀用 16 NaOH 调 pH6 5 7 O 一加 7 9 NaCl ，搅 30min一压滤，滤液用1 ：3( 体积比 ) 盐酸调 pH5 O 一搅拌 -an滤液量 25 (NH4) ： S04 一溶解一 4 静置过夜一

18、离心一沉淀一干燥( 王平诸等， 2002)。操作要点：吸附：将供试酶液加入吸附槽中搅拌，同时加入4 的高岭土，搅拌约 20rain，在10吸附 30 60min，用虹吸排掉上清液，收集高岭土吸附物。洗脱：用16 的 NaOH 溶液调节吸附物的pH 至 7 0 左右，再加入吸附质量为7 9 的工业食盐，搅拌30min进行洗脱，然后迅速压滤，收集滤液。盐析：将压滤液收集在盐析槽中，用1 ：3的盐酸调节pH至 5O左右，搅拌加入压滤液质量25 的硫酸铵，待完全溶解后，4"C过夜：然后离心，收集沉淀盐析物，干燥即为粗酶。2444超滤浓缩有机溶剂沉淀提取供试酶液一超滤浓缩一有机溶剂沉淀一干燥一酶制品。操作要点：超滤：供试酶液先用截留分子量为40KD的超滤膜除去较大分子量的杂蛋白，再用截留分子量为20KD的超滤膜除去较小分子量的杂蛋