植酸酶及其生产概述.doc

植酸酶及其生产概述 李大刚 1 张秉胜 2 张广民 1 （ 1 东北农业大学动物营养研究所 哈尔滨 150030 2 大连翔大科技股份有限公 司 116620 ） 磷在畜禽营养中发挥着重要的作用，是机体重要的结构成分，同时参与机体诸多重要的 生理、生化过程。例如，在能量代谢、碳水化合物代谢、氨基酸和脂肪代谢、神经组织代谢、骨骼生长以及脂肪和其他脂类运输方面起着重要作用。因此，如果日粮中磷缺乏或不足， 会引起生长缓慢或停滞，出现骨病，甚至死亡等严重后果。饲料原料中含有大量的磷，但一般谷物中60%以上的磷以植酸磷形式存在而不能为单胃动物所利用。而植酸酶是一类催化植 酸（肌醇六磷酸酯）及植酸盐水解成无机磷和肌醇的酶的总称。植酸酶不但可以使单胃动物利用有机磷，还可减少磷的排出，减轻环境污染，所以植酸酶引起众多科研工作者的广泛关注。 1 植酸酶的应用 猪、禽等单胃动物饲料的主要原料是玉米、豆粕、糠麸、棉籽粕、菜籽粕等，它们所含的磷 大部分以植酸磷形式存在，占总磷的60%～90％。但是单胃动物的饲料中，植酸具有强烈的 抗营养作用，其原因是：(1)单胃动物缺乏分解植酸的酶类，因而无法利用植酸中的磷。(2)由于植酸上的磷酸基团呈负电性，它与一些阳离子如Ca2+、Mg2+、Zn 2+、Cu2+、Mn2+、 Fe2+和K+等有很强的螯合能力，形成不溶性盐，从而影响畜禽对这些矿物元素的吸 收和利用，因而降低了这些矿质元素的生物效价。(3)植酸上的磷酸基团还可以与饲料中的蛋白质、氨基酸、淀粉和脂质等物质上的阳离子基团结合，使其溶解性降低，从而影响畜禽对这些营养物质的消化率，降低蛋白质的生物有效 性。(4)植酸还可以与动物体内的蛋白质，如淀粉酶，胃蛋白酶，胰蛋白酶和酸性磷酸酶等结合，降低这些酶的活性，使整个日粮的养分利用率降低。(5)植酸对维生素也存在不利影响。因此动物采食高植酸含量的饲料后常表现厌食、消瘦、 繁殖机能衰退等。 表1 某些饲料原料中磷的含量及利用率(NRC，1994) 植酸酶用于饲料，可以提高饲料中植酸磷的利用率，减少磷的排放量，降 低环境中磷的污 染，并能解除植酸抗营养作用，从而提高饲料消化利用率。表1列举了几种常用动物饲料原料中磷的存在形式和畜禽利用情况，从表中可以看出这些原料中磷的利用率比较低。如果植 酸 磷能够被充分利用，则日粮中的磷含量已基本可满足畜禽营养需要，可较少甚至不用再额外添加无机磷。 2 植酸酶的分子生物学特性  植酸酶属于磷酸单酯水解酶，是磷酶的一种特殊类型。植酸酶广泛分布于自然界，存 在于微生物、植物和动物的组织中〔1〕。植酸酶在这些有机体中的作用不同，植物 中的植酸 酶在发芽过程中被诱导，为生长的幼苗提供磷和肌醇，后者是重要的生长因子〔2〕；微生物 中的植酸酶在有机体磷饥饿时被诱导表达，促使周围植物来源的植酸释放磷供给有机体利用 〔3〕；动物细胞中植酸酶的功能现不详。 现在许多植酸酶已被克隆，如来自真菌黑曲霉、细菌大肠杆菌、哺乳动物的植酸酶等。 经鉴定这些酶都是单体蛋白，分子量在40～100kDa之间，有广泛的底物特异性，序列有很大的差异，但一般具有高度保守的RHGXRXP序列〔4〕，C-末端His-Asp序列(HD motif) 等，参与催化反应〔5〕。 3 影响植酸酶的因素  植酸酶的活性受许多因素影响，主要有pH、温度、作用时间、抑制剂、激活剂及其自身来源等。 3.1 pH值、温度对植酸酶活性的影响：植酸酶同其它酶一样，也有酶作用的最适pH值和最适温度，一般最适pH范围为4.5～6.0，温度最适范围为45～60℃〔6〕，当超过最适范围时，酶活性会迅速下降。 3.2 影响植酸酶活性的因子：植酸酶活性受到许多金属离子的影响，如Fe2+、Zn2+、Cu2+、Cd2+、Al3+等多价离子可与酶底物植酸发生络合作用，形成难溶的复合物，降低了植酸的有效浓度，从而反映出酶活性的减少〔7〕。Markus Wyss等〔8〕报道，磷酸、钼酸盐、氟化物、EDTA、和顺N-乙基丁烯等也可不同程度的抑制酶活性。王红宁等〔9〕报道低磷状态可明显提高植酸酶的活性，而高磷则起抑制作用（当磷浓度达1.0mM时，酶活性被完全抑制）。  4 植酸酶的催化机制  根据大肠杆菌植酸酶催化机制，人们推测植酸酶的反应机制为：(1)三肽RHG的精氨酸残基，即胍基中的正电荷直接与底物植酸的磷酸基团相互作用，使其对亲荷攻击更敏感。(2)在共价连接的磷-组氨酸中间物中，组氨酸残基作为亲荷物质。(3)C-末端序列HD的天门冬氨酸残基提供质子给底物，释放磷。然而Janne Kerovuo〔