生物化学小论文

生物化学小论文

化学学院-2012210465-魏国丽

1、转基因安全性之所见

随着生物技术的不断进步，转基因逐渐走入人们的生活。从20世纪80年代第一例转基因植物的诞生，短短二三十年间，目前全世界大约2780万公顷的转基因作物。转基因技术作为一种新的尖端生物技术，在提高粮食产量、减少农药使用、生产含有更多营养成分的健康食品方面有巨大潜力。但转基因食品种类和数量的不断增加，有关转基因食品安全性的问题也备受关注。

1998年8月，英国的Pusztai用转雪花莲凝集素（GNA）基因的马铃薯饲养大鼠，发现大鼠出现了器官生长异常、体重减轻等症状，免疫系统也遭到破坏。Pusztai进一步推论，很多消费者也像被用于试验的老鼠一样食用没有经过严格鉴定的转基因食品。该消息的发布，使世界各国如日中天的转基因热潮蒙上了一层阴影。人们开始疑惑：转基因技术是改造自然还是破坏自然？是造福人类还是给人类带来灾难性的毁灭？

他们的担忧不是全然没有道理。有人说，转基因食品存在潜在的危险。主要有以下四个方面。一是毒素，基因破坏了或者其不稳定性可能会带来新的毒素，引起急性的或慢性的中毒。二是，外来基因产生新的蛋白质可能会引起人类的过敏反应。三是，转基因产品的营养成分变化了，可能使人类的营养结构失衡。四是，转基因生物目前还不能够确定它的安全，主要原因，一个是资料不全，或者未知因素比较多。虽然目前并没有检测手段或其他方法证明转基因食品存在安全问题，但现在仅仅才有几年的时间，转基因生物的安全性问题，风险问题，需要一个长时间的测定，不是几年就能决定的，这些都使得我们无法排除转基因食品的安全隐患。比如巴西豆过敏、美国的星联玉米， Star link 玉米等事件无疑不表明转基因食品是很容易被污染的。尽管某些转基因的生物说的很明确，不是用于人的，或者说是用于动物的，用于药用的。但是它很容易污染，很容易造成食品的不安全，存在隐患。在某种程度上，转基因食品作为一种不成熟的食品技术，存在很多不可预知的隐患，消费者应当有知情权，更因该慎重选择。

不同的人站在不同的角度，对转基因技术的看法并不相同。有人说转基因食品是安全的。许多人担心吃了转基因食品，动植物的基因会转移到人体中，这是由于不了解基因作用原理而产生的一种误解。几乎任何食品都含有基因，不论基因的来源如何，构成基因的物质ＤＮＡ（脱氧核糖核酸）进入人体后，都会被酶分解破坏成小分子，不可能将外来遗传信息带到人的基因组里。从这个角度上说，转基因食品与传统食品并没有差别。此外，无论从创造基因变异还是从改造植物代谢的层面，基因工程育种与传统育种都没有本质区别，其基因安全性亦应无本质差异。其区别只是技术和方法问题，应该说基因工程更科学更安全，更具有针对性。因此他们认为转基因食品是安全的。

我个人认为，任何一种转基因食品在上市之前都进行了大量的科学试验，国家和政府有相关的法律法规进行约束，而科学家们也都抱有很严谨的治学态度。另外，传统的作物在种植的时候农民会使用农药来保证质量，而有些抗病虫的转基因食品无需喷洒农药。或许从这个角度上来说，转基因食品是安全的。但由于现有的科学研究和知识的限制以及时间的限制，转基因食品对人类健康是否有危害？一时还难以断定，还需要充分的科学依据和长时间的实践检验，需要由时间来检验。现在匆匆地来说有害或无害，恐怕为时过早。但毋庸置疑，任何一种转基因食品在上市之前都进行了大量的科学试验，国家和政府有相关的法律法规进行约束，而科学家们也都抱有很严谨的治学态度。另外，传统的作物在种植的时候农民会使用农药来保证质量，而有些抗病虫的转基因食品无需喷洒农药。或许从这个角度上来说，转基

因食品是安全的。有些美国人讲，我们已经吃五六年了，而美国人没有被毒死的，没有一个人被毒死。有些欧洲人就讲，转基因的东西不能吃，有风险。其实两方面都比较极端。所以，我们要有个比较清醒的头脑，就是说它还没有完全有定论。那么在没有定论之前，全世界需要形成一个共识，这个共识就是在充分科学依据之前，应该采取“预防的原则”，就是要充分地评估、预防转基因生物及其产品，对环境还有对人体健康带来的潜在的风险。

目前，我国生物安全方面的法律法规还不完善，还不能满足生物安全的全方位管理需要。随着转基因技术越来越快的发展，转基因食品越来越多的在市场上出现，我国应进一步加强转基因食品安全性方面法律法规的建设，妥善解决转基因食品安全性问题。

2、使用最多的10个酶制剂

（1）淀粉酶

淀粉酶是能催化淀粉水解成湖精或麦芽糖或葡萄糖的一类酶的总称。英文名为amylase，Amy,AMS一般作用于可溶性淀粉、直链淀粉、糖元等α－1，4-葡聚糖，水解α－1，4-糖苷键的酶。根据酶水解产物异构类型的不同可分为α-淀粉酶（EC3．2．1．1．）与β-淀粉酶（EC3．2．1．2．）。淀粉酶既作用于直链淀粉，亦作用于支链淀粉，无差别地随机切断糖链内部的α－1，4-链。因此，其特征是引起底物溶液粘度的急剧下降和碘反应的消失，最终产物在分解直链淀粉时以葡萄糖为主，此外，还有少量麦芽三糖及麦芽糖。淀粉酶主要用作果汁加工中的淀粉分解和提高过滤速度以及蔬菜加工、糖浆制造、葡萄糖等加工制造。淀粉酶于1965年上市。我国在淀粉酶生产、研究和应用方面都做了大量工作，取得了很大的成绩。在“八五”、“九五”期间，我国“863”计划还支持了饲料生物添加剂的研究与开发，特别是植酸酶、淀粉酶和木聚糖酶等酶制剂的研究。外国对酶制剂的研究也是非常的广泛，在某些领域已经超过中国。有关淀粉酶的研究发展的学术文章有：淀粉连续液化喷射技术的研究和开发；天然有机高分子絮凝剂研究和应用；非淀粉多糖制剂的研究与应用进展。

（2）蛋白酶

蛋白酶(Protease)是一类酶的总称，这类酶能水解蛋白质里面的肽键。主要有胃蛋白酶、胰蛋白酶、木瓜酶等。蛋白酶广泛存在于动物内脏、植物茎叶、果实和微生物中。微生物蛋白酶，主要由霉菌、细菌，其次由酵母、放线菌生产。蛋白酶对所作用的反应底物有严格的选择性，一种蛋白酶仅能作用于蛋白质分子中一定的肽键，如胰蛋白酶催化水解碱性氨基酸所形成的肽键。蛋白酶主要用于皮革脱毛、毛皮软化、制药、食品工业；用毛霉属的一些菌进行半固体发酵生产凝乳酶，在制造干酪中取代原来从牛犊胃提取的凝乳酶。蛋白酶于1990年上市。我国碱性蛋白酶的研究发展很快，目前主要集中在高温耐碱性蛋白酶和常温碱性蛋白酶的研究，但是酶活力不高仍是当前工业化生产中一个最主要的研制因素。高产碱性蛋白酶基因的筛选、克隆及表达方面的研究将为碱性蛋白酶活力的大幅度提高做出巨大的贡献。目前，国外碱性蛋白酶主要应用于洗涤及皮革等行业中，99%以上洗涤剂均添加了碱性蛋白酶，因此市场出现了供不应求的现象。当前国外碱性蛋白酶高产菌株的选育主要用于基因工程技术和蛋白质工程手段进行工业微生物菌种的定向选育、目的性很强，而且酶结果研究也比较深入。

（3）β－葡聚糖酶

β－葡聚糖酶是能催化水解β-葡聚糖的多种酶的总称。根据作用方式不同，可分为内切型和外切型。前者存在于谷物种子、某些真菌和某些细菌中，能催化水解谷物细胞壁中的β-

葡聚糖，其中包括内切型β-1,4-葡聚糖酶、内切型β-1,3-葡聚糖酶。后者存在于谷物种子中，其中又包括外切型β-1,4-葡聚糖酶、外切型β-1,3-葡聚糖酶。在啤酒生产中采用β-葡聚糖酶，可提高麦汁的过滤速度和得率，从而保证啤酒质量。也可用于饴糖、麦芽糖浆生产和用作饲料添加剂。β－葡聚糖酶于1977年上市。目前国外一些厂家已经开发出了饲用β－葡聚糖酶制剂产品，并开始进入国内市场，我国也日益认识到该制剂潜在的经济价值和社会效益，并饲用β－葡聚糖酶制剂的研究和开发确定为农业部“九五”攻关项目。我国目前多采用碱性制备高纯度的酵母-β-1,3-葡聚糖，但其不溶于水、酸、碱、以及醇、醚等有机溶剂，极大的溶解性使得该糖在实际利用中受到了很大程度的限制，而不得不改性以增大其溶解性。酶处理是改善酵母-β-1,3-葡聚糖水溶性的另一种途径，酶处理使多聚糖苷键断裂，葡聚糖水解为寡糖或还原糖，降低其聚合度，从而提高其水溶性。酶处理时，反应条件温和，不改变其结构，无毒安全，避免了使用酸碱、机械等方面破壁带来的污染、抽提物失活等问题，对生物活性影响小，但我国在这方面的研究很少。

（4）纤维素酶

纤维素酶，英文名cellulase，纤维素酶是指能水解纤维素J3—1，4一葡萄糖苷键，使纤维素变成纤维二糖和葡萄糖的一组酶的总称，是多组分酶系，因此纤维素酶又有纤维素酶复合物之称。纤维素酶在分解纤维素时起生物催化作用，是可以将纤维素分解成寡糖或单糖的蛋白质。纤维素酶在食品行业和环境行业均有广泛应用。在进行酒精发酵时，纤维素酶的添加可以增加原料的利用率，并对酒质有所提升。纤维素酶于20世纪60年代上市。Gilligan 和Reese(1954年)首先证明真菌纤维素酶在消化纤维素时具有协同性，他们发现纤维素复合酶对Walseth

纤维素(部分降解的酸化底物)的水解程度大于单组分酶。White和Brown(1981年)用电子显微镜证明了内切一外切酶组分间在水解结晶纤维素时的这种协同作用。Fatemtam等(1980年)发现两种外切酶(CBH I和CBH II)联合降解结晶纤维素的速度和程度是单组分酶的两倍。Wood(1985年)在研究纤维素酶时，发现培养滤液中的两种外切酶在液化微晶纤维素和棉纤维时具有协同性，即外切一外切协同性。一般我国利用里氏木霉QM9414(美国陆军Nafick 实验室菌株)作为其他酶活力的比较菌株。由于细菌所生的纤维素酶一般最适PH为中性至偏碱性，而且这类酶对天然纤维素的水解作用较弱，长期以来很少受到重视。90年代以来，随着中性纤维素酶和碱性纤维素酶在棉织品水洗整理工艺及洗涤剂工业中的成功应用，细菌纤维素酶也显示出良好的使用性能和巨大的经济价值。如以纤维素为原料，利用纤维素酶将纤维素水解为葡萄糖，直接作为人类食粮、单细胞蛋白生产原料或化学原料等；开发以纤维素为添加剂的可分解性塑料，另外，纤维素酶对植物和微生物细胞壁具有水解功能，可提取有价值的生化制品，进行体细胞杂交育种等方面的研究。

（5）溶菌酶

溶菌酶又称胞壁质酶或N-乙酰胞壁质聚糖水解酶，是一种能水解致病菌中黏多糖的碱性酶。主要通过破坏细胞壁中的N-乙酰胞壁酸和N-乙酰氨基葡糖之间的β-1,4糖苷键，使细胞壁不溶性黏多糖分解成可溶性糖肽，导致细胞壁破裂内容物逸出而使细菌溶解。溶菌酶还可与带负电荷的病毒蛋白直接结合，与DNA、RNA、脱辅基蛋白形成复盐，使病毒失活。因此，该酶具有抗菌、消炎、抗病毒等作用。临床用于慢性鼻炎、急慢性咽喉炎、口腔溃疡、水痘、带状疱疹和扁平疣等。也可与抗菌药物合用治疗各种细菌和病毒感染。鸡蛋清中溶菌酶的含量约为3.5%,是提取溶菌酶的方便来源。但不同产地的鸡蛋,其蛋清中溶菌酶的含量有所不同。工业上多采用直接结晶法、亲和色谱法、离子交换法、超滤与亲和色谱联合使用法等方法生产溶菌酶。近年，国外报道采用N-异聚丙烯酰胺与酸性单体的共聚物从蛋清中热沉淀

溶菌酶,得到90%的收率。他们认为使用共聚物从蛋清中热沉淀溶菌酶比使用pH敏感聚合物具有更多的优点,因为后者通常只有较低的收率。另外Ghosh等报道采用小型的中空纤维超滤系统(30kDaMWCO,聚砜膜)从蛋清干粉中分离溶菌酶。溶菌酶被选择性透过膜,而其他大分子的蛋清蛋白质被膜所截留。改进系统的流体动力学导致溶菌酶透过的增加,从而获得较好的收率。国内有人在对华南地区50多科120多种植物进行普查中,发现十字花科萝卜叶中溶菌酶含量最高,且发现萝卜溶菌酶的耐热性、耐酸性均优于鸡蛋清溶菌酶。进一步研究发现,该酶的抑菌效果与现在普遍生产和应用的鸡蛋清溶菌酶有所不同。萝卜溶菌酶抑菌的广谱性和较强的抑菌能力,以及原料成本低廉,都为萝卜溶菌酶提供了良好的应用前景。卢顺舵等以脱氨几丁质为亲和吸附剂,直接从萝卜叶的抽提液中制备溶菌酶,产品比活力达42162uPmg。国内一些科学家通过对含人溶菌酶的包含体的分离、溶解、、多肽复性方法等研究,来提高酶的复性率。

（6）植酸酶

植酸酶是催化植酸及其盐类水解为肌醇与磷酸（盐）的一类酶的总称，属磷酸单酯水解酶。具有特殊的空间结构，能够依次分离植酸分子中的磷，将植酸（盐）降解为肌醇和无机磷，同时释放出与植酸（盐）结合的其它营养物质。植酸广泛存在于植物种子内，属天然营养品，植酸最显著的特征是与金属离子有极强络合作用和抗氧化性。这种独一无二的特性使之具有广泛用途。在发达国家，植酸多已用于食品、医药、化工等行业。植酸酶于1996年上市。由于其天然菌株产植酸酶酶量低，这造成植酸酶难以大量生产及生产成本过高。另一方面，天然植酸酶的抗逆性，尤其是热稳定性不能完全满足饲料及饲料加工的要求。因此，到目前为止植酸酶并没有在饲料中得到广泛的推广应用。基因工程技术的发展，为这些问题的解决提供了一条新的有效途径，已成为全世界对植酸酶研究的主要路线。MarisaK.Che-lius等用紫外照射法对NRRL3135菌株进行改良,获得的突变菌株其植酸酶产量为野生型的3.3倍。山西大学生命科学系诸西宁等首次分离到一种产植酸酶的青霉菌———变灰青霉(peicillumCanescens),此菌产酶效果较好,植酸酶活性可达3.12U/g(干曲)。赵允磷等分离出一黑曲霉菌株(Asp.Niger70),并与国际上公认的植酸酶优良产生菌:无花果曲霉NRRL3135菌株的产酶特性进行了比较,发现NRRL3135培养8～9d才达到产酶高峰,而黑曲霉(Asp.Niger70)培养5～6d便可达到产酶高峰;用固态培养法生产植酸酶的产酶水平前者为45U/g(干基),而后者仅为5.2U/g(干基)。陈红歌以黑曲霉MAO21(Asp.nigerMAO21)出发菌株,经紫外线、亚硝基胍单独处理和复合处理,获得一株植酸酶高产菌株UN-l2-10,发酵108h,其植酸酶活力达到2950～3015U/ml,是原始出发菌株的 3.6倍。刘德忠以无花果曲霉2123-15#为出发菌株,用钴60照射诱变,获得两株产植酸酶活力较高的菌株,G-2123-15-7#和C2123-15-64#,在最适液态培养条件下,两株菌产酶活力均在11.0U/ml以上,最高可达11.28U/ml,比出发菌株提高了168.57%,发酵时间从9d缩短到5d,缩短了45%左右。胥传来等从黑曲霉(Asp?nigur)中筛选出一株产植酸酶菌,在30℃下恒温培养4d,其最高酶活可达479.7U/ml,酶的热稳定性较好,温度提高到55℃,酶液仍保持93.4%的酶活,温度升到70℃,酶活尚存87.7%。

（7）L-天冬氨酸酶

L-天冬氨酸酶是一种重要的工业用酶，主要用于酶法合成L-天冬氨酸.L-天冬氨酸在医药、食品和化工领域中有广泛的用途,特别它是当今世界重要的二肽甜味剂合成所必需的原料.因此,对天冬氨酸酶的研究和应用日趋受到重视,在酶工程中占有一定的地位.L-天冬氨酸酶的工业化生产食欲1974年的日本，我国在20世纪八十年代后期也进行了工业化生产。目

前很多研究和工业生产者从工业生产的各个环节入手进行优化以降低成本。目前尚未有人从培养基的角度进行优化以降低成本，工业上大多采用富马酸作为碳源以蛋白胨作为直接氮源直接发酵。唐芳，谭天伟等人从培养基的角度阐述用较为便宜的水解棉籽蛋白当氮源替代蛋白胨，用葡萄糖当碳源部分替代富马酸研究，成本节约了60%,但未见其最终的产量报道。南京工业大学徐虹教授等人采用游离酶法转化富马酸，克服了固定化酶操作繁琐的困难，节约了成本。

（8）糖化酶

糖化酶又称葡萄糖淀粉酶，糖化酶是一种习惯上的名称，学名为α-1,4-葡萄糖水解酶(α-1,4-Glucan glucohydrolace)。是由曲霉优良菌种（Aspergilusniger）经深层发酵提炼而成。

糖化酶是一种含有甘露糖、葡萄糖、半乳糖和糖醛酸的糖蛋白。它能把淀粉从非还原性未端水解a-1.4葡萄糖苷键产生葡萄糖，也能缓慢水解a-1.6葡萄糖苷键，转化为葡萄糖。同时也能水解糊精，糖原的非还原末端释放β-D-葡萄糖。糖化酶用于以葡萄糖作发酵培养基的各种抗生素、有机酸、氨基酸、维生素的发酵；本品还大量用于生产各种规格的葡萄糖。总之，凡对淀粉、糊精必需进行酶水解的工业上，都可适用。糖化酶于1979年上市。几十年来我国科研工作者为提高糖化酶的活力进行了不懈的努力，常规的物理及化学诱变的方法仍然是方便有效的途径。糖化酶的研究已有多年，但是仍有许多问题尚待进一步探索。基础研究领域将主要集中在糖化酶的结构研究，如糖链在糖化酶活性、稳定性及构象态中所起的作用，进一步阐明糖化酶的多型性原因及糖化酶的热稳定性机制。应用研究之一仍将是进一步提高糖化酶的活力，利用诱变、ＤＮＡ重组技术或其他方法获得优良菌株，提高糖化酶基因在受体菌中的表达水平等，进一步优化糖化酶纯化工艺及保存条件；另一方面，诱变筛选耐热糖化酶产生菌或克隆耐热糖化酶基因，将是一个重要方向，因为耐热糖化酶在发酵业的应用将会大大降低能源消耗，从而降低生产成本，将给糖化酶在工业中的应用开辟更为广阔的前景。

（9）脂肪酶

脂肪酶，英文名称:Lipase，即三酰基甘油酰基水解酶，它催化天然底物油脂水解，生成脂肪酸、甘油和甘油单酯或二酯。脂肪酶基本组成单位仅为氨基酸，通常只有一条多肽链。它的催化活性仅仅决定于它的蛋白质结构。脂肪酶广泛的存在于动植物和微生物中。植物中含脂肪酶较多的是油料作物的种子，如蓖麻籽、油菜籽，当油料种子发芽时，脂肪酶能与其他的酶协同发挥作用催化分解油脂类物质生成糖类，提供种子生根发芽所必需的养料和能量；动物体内含脂肪酶较多的是高等动物的胰脏和脂肪组织，在肠液中含有少量的脂肪酶，用于补充胰脂肪酶对脂肪消化的不足，在肉食动物的胃液中含有少量的丁酸甘油酯酶。在动物体内，各类脂肪酶控制着消化、吸收、脂肪重建和脂蛋白代谢等过程；细菌、真菌和酵母中的脂肪酶含量更为丰富（Pandey等）。脂肪酶主要用于食品行业，造纸行业，皮革行业，饲料行业，医药催化合成，油脂奶酪加工等。脂肪酶于1969年上市。我国脂肪酶的研究在一年的年间, 基础研究发较快, 其中以性质研究工作最多, 酷合成及产酶条件的研究次之,而有关酶结构功能、酶反应动力学、分子生物学等方面的研究相对较少, 特别是结构和性质作为不可分割的两个方面, 现在却产生了较大的差距。我们知道结构决定性质, 只有将性质研究与结构研究结合起来, 才能整体上推动脂肪酶的基础研究。产生这种不平衡现象的主

要原因是这部分工作属纯基础性的研究, 与过去我国的科研水平和宏观导向有一定的关系另外, 脂肪酶的应用研究在此期间呈现一定的增长趋势, 其中以油脂化工、洗涤剂、生物化工方面居多, 环保研究最少。脂肪酶的应用虽不如淀粉酶、蛋白酶广泛, 但在许多方面已显示出不可估量的开发潜力。据报道, 脂肪酶占总用酶频度的左右。利用其天然底物长链脂肪酸醋各种油脂等,脂肪酶可在异相系统油一水界面或有机相中起作用, 并且具有一定的位置专一性。脂肪酶在国内洗涤剂、制革、水产、饲料、

化工、造纸、油脂化工、医药、环保等行业已表现出十分重要的应用潜力, 目前许多工业生产中已大量使用了脂肪酶。另外脂肪酶以其来源广泛、催化功能多样以及催化底物类型广泛酷、酸、醇、酸醉、酞胺等都可以成为它的底物等优点也已经使其成为生物技术及有机合成方面应用最广泛的一类酶。

（10）角蛋白酶

角蛋白酶，英文名称：keratinase，是一种可专一地降解角蛋白的蛋白酶类，角蛋白酶可由多种微生物产生, 能特异性地降解角蛋白, 在饲料、皮革、医药业、食品等工业及环境治理方面具有广阔的应用前景。微生物中纯化的角蛋白酶活性很强，可以水解多种难降解的纤维蛋白类，如胶原蛋白、弹性蛋白和角蛋白。在农业上，微生物产生的角蛋白酶能使角蛋白降解为多肽和氨基酸，可以用于制造有机肥料，这种有机肥料不仅解决了国内能源紧缺的难题，还降解了污染源，大大改善了环境。在饲料产业中，羽毛等的主要成分是角蛋白，其粗蛋白成分在80%以上，动物必需氨基酸种类齐全，同时含有较多大量元素、微量元素和未知生长因子，是一种良好的、可替代或部分替代鱼粉的饲料蛋白来源。角蛋白酶还可用于化妆品、工业生产及医药方面。角蛋白酶也可应用于美容护肤品，帮助活性因子透过皮肤屏障，去除皮肤多余角质，实现皮肤的深层护理。角蛋白酶能水解毛发角蛋白，利用角蛋白酶进行脱毛。国内对角蛋白酶的研究还基本停留在产角蛋白酶菌的分离、筛选、角蛋白酶的分离纯化及理化性质的研究，以及角蛋白酶的作用机制的初步研究。而且，研究的对象也极其有限，主要集中于对弗氏链霉菌的研究。而且以胞外酶的研究为主，对胞内酶的发表研究甚少。国外一些学者的研究工作，已涉及角蛋白酶高级结构、活性表达分子基础以及酶工程等分子生物学上的研究，主要集中在地衣形芽孢杆菌的角蛋白酶基因，已测出其编码序列。