Chapter6酶的应用

第六章酶的应用第一节在医药方面的应用酶在医药方面的应用多种多样，可归纳为3个方面：用酶进行疾病的诊断、用酶治疗各种疾病、用酶制造各种药物。（一）酶在疾病诊断方面的应用人类疾病的治疗效果好坏与否，在很大程度上决定于诊断的准确性。疾病诊断的方法很多，其中酶学诊断特别引人注目。酶学诊断方法包括两个方面，一是根据体内原有酶活力的变化来诊断某些疾病，二是利用酶来测定体内某些物质的含量，从而诊断某些疾病。一、根据体内酶活力的变化诊断疾病一般健康人体内所含有的某些酶的量是恒定在某一范围的。当人们患上某些疾病时，则由于组织、细胞受到损伤或者代谢异常而引起体内的某种或某些酶的活力发生相应的变化。因此，可以根据体内某些酶的活力变化情况，而诊断出某些疾病。1．酸性磷酸酶：在酸性条件下催化磷酸单酯水解生成无机磷酸的水解酶。正常人血清中的酸性磷酸酶来源于骨、肝、肾、脾、胰等组织，含量大致相同，而前列腺癌患者，出现肝炎、甲状腺机能亢进、红血球病变等疾病时，患者血清中酸性磷酸酶的活力都会升高。2．碱性磷酸酶：在碱性条件下催化磷酸单酯水解生成无机磷酸的水解酶。碱性磷酸酶在骨骼组织、牙齿、肾脏和小肠中含量较高，主要由造骨细胞产生，所以佝偻病、骨骼软化症、骨瘤、骨骼广泛性转移癌等骨骼疾病患者，以及甲状旁腺机能亢进、黄疸性肝炎疾病患者，血清中碱性磷酸酶活力升高。而软骨发育不全等疾病，引起患者血清中碱性磷酸酶的活力下降。3．转氨酶（氨基转移酶）：催化氨基从一个分子转移到另一个分子的转移酶类。在疾病诊断方面应用的主要有丙氨酸转氨酶（GPT，催化丙氨酸与α-酮戊二酸之间进行氨基转移反应，生成谷氨酸和丙酮酸）和天冬氨酸转氨酶（GOT，催化天冬氨酸与α-酮戊二酸之间进行氨基转移，生成谷氨酸和草酰乙酸）。急性传染性肝炎、肝硬化和阻塞性黄疸肝炎的患者，其血清中GOT和GPT的活力明显升高，心肌梗塞患者，GOT的活力升高尤为显著。4．乳酸脱氢酶：催化乳酸脱氢反应生成丙酮酸的一种氧化还原酶，广泛存在于各种组织及红细胞中，在正常情况下，血清中乳酸脱氢酶的含量很低，但是在肝癌、急性肝炎、心肌梗塞等疾病的患者血清中，该酶活力显著升高。5．乳酸脱氢酶同工酶：同工酶是指具有相同的底物特异性而结构不同的一群酶。乳酸脱氢酶有5种同工酶。心肌梗塞、恶性贫血患者，血清中LDH1增高；白血病、肌肉萎缩患者，LDH2增高；白血病、淋巴肉瘤、肺癌患者，LDH3增高；转移性肝癌、结肠癌患者，LDH4增高；肝炎、原发性肝癌、脂肪肝、心肌梗塞、外伤、骨折患者，LDH5增高。6．葡萄糖磷酸异构酶：催化6-磷酸葡萄糖异构化生成6-磷酸果糖的异构酶。急性肝炎患者，血清中葡萄糖磷酸异构酶的活力极度升高；心肌梗塞、急性肾炎、脑溢血患者，该酶的活力明显升高。7．淀粉酶：催化淀粉水解生成糊精、麦芽糖、葡萄糖等产物的酶。急性胰腺炎、胰腺癌、胰腺外伤等胰脏疾病、肾脏疾病时，血清中淀粉酶活力升高；肝炎、肝癌等肝病以及甲状腺机能亢进等疾病患者，血清中淀粉酶活力则下降。8．脂肪酶：催化脂肪水解释放出脂肪酸的水解酶。在正常情况下，血清中存在少量脂肪酶。而在急性胰腺炎时，血清中脂肪酶的活力明显增高；胰腺癌、胆管炎患者，活力升高。9．胆碱酯酶：催化胆碱酯水解，生成胆碱和有机酸的水解酶。正常情况下，血清中胆碱酯酶的活力随个体的不同有较大的差异，但对于具体的某个个体来说，则基本上维持在一定的范围内。当出现传染性肝炎、肝硬化、风湿、营养不良等病症时，血清中胆碱酯酶的活力下降。10．端粒酶：核糖核蛋白，包含蛋白质和RNA两种基本成分。人的正常体细胞内有很长的端粒，却没有检测到端粒酶的活性，而在分化程度较低的癌细胞中却可明显地检测得到端粒酶的活性。因此可以通过测定细胞内的端粒酶活性，诊断细胞是否发生了癌变。11．尿胃蛋白酶：尿液中存在的一种蛋白酶。胃溃疡、十二指肠溃疡、甲状腺机能亢进、肾上腺皮质机能亢进等疾病患者，尿液中该酶活力明显升高；而胃癌、恶性贫血、黏性水肿、肾上腺皮质机能低下者，尿中该酶活力下降。二、用酶测定体液中某些物质的变化诊断疾病人体在出现某些疾病时，由于代谢异常或者某些组织器官受到损伤，就会引起体内某些的量或者存在部位发生变化。通过测定体液中某些物质的变化，可以快速、准确地对疾行诊断。1．利用葡萄糖氧化酶检测葡萄糖的含量，进行糖尿病诊断。葡萄糖氧化酶可催化葡萄糖与氧反应生成葡萄糖酸和双氧水。通过葡萄糖酸的量或氧的消耗量计算葡萄糖的量，作为糖尿病临床诊断的依据。2．利用尿素酶测定尿素含量，从而诊断肝脏、肾脏病变。当肾机能障碍时，尿液中尿素含量减少而血液中尿素含量增加；当肝脏有实质性病变时，尿素的生成量减少，血液和尿液中尿素的含量均减少。所以，可以通过测定血液中和尿液中的尿素含量，从而诊断肝脏或者肾脏是否发生病变。3．利用胆固醇氧化酶测定血液中胆固醇的含量，从而诊断高脂血症等疾病。胆固醇是血液中最主要的固醇类物质。动脉粥样硬化、严重糖尿病、胆道病、肾脏病等患者，血液中总胆固醇含量增高；肝脏有实质性病变、恶性贫血等，总胆固醇含量减低。4．利用谷氨酰胺酶测定脑脊液中谷氨酰胺含量，进行肝硬化、肝昏迷的诊断。肝硬化、肝昏迷病人由于脑氨增加，脑脊液中谷氨酰胺的含量明显升高，通过测定脑脊液中谷氨酰胺的含量，可以诊断肝硬化、肝昏迷等疾病。5．利用酶标免疫检测法测定抗体或抗原的含量，诊断肠虫、毛线虫、血吸虫等寄生虫病以及疟疾、麻疹、疱疹、乙型肝炎等疾病。（二）酶在疾病治疗方面的应用酶可以作为药物治疗多种疾病。用于治疗疾病的酶称为药用酶，常用的药用酶有蛋白酶、α-淀粉酶、脂肪酶、溶菌酶、超氧化物歧化酶、L-天冬酰胺酶、尿激酶、纳豆激酶、凝血酶、弹性蛋白酶、乳糖酶、核酸类酶等。1、蛋白酶：在临床上使用最早、用途最广的药用酶之一。可作为消化剂（用于治疗消化不良和食欲不振）、消炎剂（蛋白酶可分解一些蛋白质和多肽，使炎症部位的坏死组织溶解，增加组织的通透性，抑制浮肿，促进病灶附近组织积液的排出并抑制肉芽的形成）、治疗高血压（蛋白酶催化运动迟缓素原及胰血管舒张素原水解，除去部分肽段，而生成运动迟缓素和胰血管舒张素，从而使血压下降）。2、α-淀粉酶：治疗消化不良，食欲不振。当人体消化系统缺少淀粉酶或短时间内进食过量淀粉类食物时，会引起消化不良，食欲不振，服用含有淀粉酶的制剂，可帮助消化。3、脂肪酶：治疗消化不良，食欲不振。当消化系统内缺乏脂肪酶或较短时间内进食过量脂肪类物质时，从食物中摄取的脂肪类物质就无法消化或消化不完全，引起消化不良、食欲不振甚至腹胀、腹泻等病症，服用含有脂肪酶的制剂，可帮助消化。4、溶菌酶：溶菌酶具有抗菌、消炎、镇痛等作用，与抗生素联合使用时，可显著提高抗生素的疗效，常用于难治的感染病症的治疗。溶菌酶也可以与带负电荷的病毒蛋白、脱辅基蛋白、DNA、RNA等形成复合物，具有抗病毒作用，常用于带状疱疹、腮腺炎、水痘、肝炎、流感等病毒性疾病的治疗。5、超氧化物歧化酶（SOD）：具有抗氧化、抗衰老、抗辐射作用，对红斑狼疮、皮肌炎、结肠炎及氧中毒等疾病有显著疗效。6、L-天冬酰胺酶：第一种用于治疗癌症的酶，特别是白血病。当L-天冬酰胺酶注射进入人体后，人体的正常细胞内由于有天冬酰胺合成酶，可以合成L-天冬酰胺而使蛋白质合成不受影响。而对于缺乏天冬酰胺合成酶的癌细胞来说，由于本身不能合成L-天冬酰胺，外来的天冬酰胺又被L-天冬酰胺酶分解掉，因此蛋白质合成受阻，从而导致癌细胞死亡。7、尿激酶：治疗各种血栓性疾病。如心肌梗塞、脑血栓、肺血栓、四肢动脉血栓症、视网膜血管闭塞症、风湿性关节炎等。8、纳豆激酶：纳豆激酶可催化血纤维蛋白水解，激活纤溶酶原成为纤溶酶，因此，具有显著的溶解血栓的功效。9、凝血酶：可促进血液的凝固，用于创伤性出血和消化道出血等的治疗。10、弹性蛋白酶：治疗高脂血症，预防脂肪肝和动脉粥样硬化等。弹性蛋白酶能水解结缔组织中的弹性蛋白，可活化磷脂酶A，降低血清中的胆固醇，增加胆固醇从粪便中的排泄量；还能增强血管弹性，具有降低血压、扩张血管、提高心肌血流量的作用。11、乳糖酶：因为乳糖酶能催化乳糖水解生成葡萄糖和β-半乳糖，因此服用乳糖酶或在乳中添加乳糖酶，可消除或者减轻乳糖引起的腹胀、腹泻等症状。12、核酸类酶：因为核酸类酶能抑制人体细胞某些不良基因和某些病毒基因的复制和表达，因此可用于基因治疗或进行艾滋病等病毒性疾病的治疗。（三）酶在药物制造方面的应用1、青霉素酰化酶制造半合成抗生素：青霉素和头孢霉素是最有发展前途的抗生素。青霉素酰化酶可催化青霉素或头孢霉素合成新型青霉素或新型头孢霉素。通过青霉素酰化酶的作用，可以半合成得到氨苄青霉素、羟氨苄青霉素、羧苄青霉素、磺苄青霉素、氨基环烷青霉素、邻氯青霉素、双氯青霉素等。通过青霉素酰化酶的作用，可以半合成得到头孢利定、头孢金素、头孢氨苄、头孢拉定、头孢力新、头孢甘氨酸、头孢环己二烯等。2、β-酪氨酸酶制造多巴：β-酪氨酸酶可催化L-酪氨酸氧化，生成二羟苯丙氨酸（多巴）。多巴是治疗帕金森氏综合症（主要症状为手指颤抖，肌肉僵直，行动不便）的重要药物。3、核苷磷酸化酶制造阿糖腺苷：阿糖腺苷具有抗癌和抗病毒的作用，是令人注目的药物。4、β-D-葡萄糖苷酶制造抗肿瘤人参皂苷：人参是一种传统名贵中药，具有补气、生津、安神、益智的功效。研究表明，人参药用功效主要来自人参皂苷。人参皂苷能够抑制癌细胞生长和增殖，具有抗肿瘤的功效。第二节在食品方面的应用本节简要介绍酶在食品保鲜、食品加工和食品添加剂生产等方面的应用。酶在食品工业中的应用酶名来源主要用途α-淀粉酶枯草杆菌、米曲霉、黑曲霉淀粉液化，制造糊精、葡萄糖、饴糖、果葡糖浆β-淀粉酶麦芽、巨大芽孢杆菌、多黏芽孢杆菌啤酒酿造，制造麦芽糖化酶根霉、黑曲霉、红曲霉、内孢霉淀粉糖化，制造葡萄糖、果葡糖异淀粉酶气杆菌、假单胞杆菌制造直链淀粉、麦芽糖蛋白酶胰脏、木瓜、枯草杆菌、霉菌啤酒澄清，水解蛋白、多肽、氨基酸右旋糖酐酶霉菌糖果生产果胶酶霉菌果汁、果酒的澄清葡萄糖异构酶放线菌、细菌制造果葡糖、果糖葡萄糖氧化酶黑曲霉、青霉蛋白加工、食品保鲜柑苷酶黑曲霉水果加工，去除橘汁苦味橙皮苷酶黑曲霉防止柑橘罐头及橘汁出现浑浊磷酸二酯酶橘青霉、米曲霉降解RNA，生产单核苷酸用作食品增味剂纤维素酶木霉、青霉生产葡萄糖溶菌酶蛋清、微生物食品杀菌保鲜（一）酶在食品保鲜方面的应用食品保鲜是食品加工、食品运输、食品保藏中的重要课题。在食品工业生产的整个过程中，由于受到微生物、氧气、温度、湿度、光线等因素的影响，会发生一系列物理、化学和生物学的变化，使食品的色泽、香气、味道、营养、卫生和组织结构等发生变化。例如，变色、变味、软化、发黏、甚至酸败、发臭等，为了尽可能地保持食品原有的优良品质和风味特色，人们经过长期的研究和实践，掌握了一系列行之有效的保鲜技术。常用的方法有冷冻、加热、干燥、密封、腌制、烟熏、添加保鲜剂或防腐剂等。随着人们对食品各方面的要求越来越高和科学技术的不断进步，一种崭新酶法保鲜技术越来越受到人们的关注和欢迎。酶法保鲜技术是通过各种酶的处理，利用酶的催化作用，防止或者消除各种外界因素对食品产生的不良影响，从而保持食品的优良品质和风味特色的技术。1、食品除氧保鲜：氧气是影响食品质量的主要因素之一。氧的存在容易引起花生、奶粉、冰淇淋、奶油、饼干、油炸食品等富含油脂的食品发生氧化作用，引起油脂酸败，产生不良的味道和气味，降低营养价值，甚至产生有毒物质；氧化还会使去皮的马铃薯、苹果等水果及果汁、果酱等果蔬制品变色；氧化也会使肉类褐变。解决氧化问题的根本方法是除氧。葡萄糖氧化酶可催化葡萄糖与氧反应生成葡萄糖酸和双氧水，通过葡萄糖氧化酶的作用，可以除去氧气，达到食品保鲜的目的。具体实施过程是：葡萄糖氧化酶和葡萄糖混合在一起，包装于不透水但可以透气的保鲜薄膜袋中，封闭后，置于装有需要保鲜食品的密闭容器中，密闭容器中的氧气透过薄膜进入保鲜袋，与葡萄糖反应，由此除去密闭容器中的氧，防止氧化作用的发生，达到食品保鲜的目的。葡萄糖氧化酶也可以直接加到罐装果汁、水果罐头等含有葡萄糖的食品中，起到防