脂肪酶

羧基酯水解酶类的一种

脂肪酶(Lipase, 丙三醇 水解 酶)隶属于 羧基 酯水解酶类,能够逐步的将 三酸甘油脂 水解成甘油和 脂肪酸 。脂肪酶存在于含有脂肪的动、植物和微生物(如 霉菌 、细菌等)组织中。包括磷酸 酯酶 、 固醇 酶和 羧酸酯酶 。脂肪酸广泛的应用于食品、药品、皮革、日用化工等方面。英文别名:Rizolipase [USAN:INN]; Accelerase; Allzyme Lipase; Amano N-AP; Butyrinase; Chirazyme L; E. C.3. 1.1.3.; Enzylon PF; Fetipase; Fluozim G 3Kh; Fungal lipase; GA 56 (Enzyme); GA-56; 丙三醇 ester hydrolase; Ilozyme; Lipase AP; Lipase, fungal; Lipase, triacyl glycerol ; Lipazin; Meito MY 30; Remzyme PL 600; Rizolipasa; Rizolipasa [INN- Spanish ]; Rizolipase; Rizolipasum; Rizolipasum [INN- Latin ]; Steapsin; Takedo 1969-4-9; TheraCLEC-Lipase; 三乙酸甘油酯 se; Triacylglycerol hydrolase; Triacylglycerol lipase; Tributyrase; Tributyrin esterase; Tributyrinase; 三酸甘油脂 hydrolase; Triglyceride lipase; Triolein hydrolase; Tween esterase; Tween hydrolase; Tweenase; UNII-8MYC33932O; UNII-FQ3DRG0N5K; Lipase of Rhizopus arrhizus var. Delemar; Plant lipase; 动物界 lipase。

来源

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 丙三醇 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)。由于微生物种类多、繁殖快、易发生遗传变异,具有比动植物更广的作用p H、作用温度范围以及 底物 专一性,且微生物来源的脂肪酶一般都是分泌性的胞外酶,主要的发酵微生物有 黑曲霉 , 假丝酵母属 等等。适合于工业化大生产和获得高纯度样品,因此微生物脂肪酶是工业用脂肪酶的重要来源,一般不同来源的脂肪酶特性也不一样并且在理论研究方面也具有重要的意义。

分类

按脂肪酶对底物的特异性可分为三类: 脂肪酸 特异性、位置特异性和立体特异性。依据脂肪酶的来源不同,脂肪酶还可以分为动物性脂肪酶、植物性脂肪酶和微生物性脂肪酶。不同来源的脂肪酶可以 催化 同一反应,但反应条件相同时, 酶促反应 的 速率 、特异性等则不尽相同。

性质

脂肪酶是一类具有多种催化能力的酶,可以催化三 甘油酯及其他一些水不溶性 酯类 的 水解 、 醇解 、酯化、转酯化及酯类的逆向合成反应,除此之外还表现出其他一些酶的活性,如 磷脂酶 、 溶血性贫血 磷脂酶、胆固醇 酯酶 、 酰肽 水解酶 活性等(Hara;Schmid)。脂肪酶不同活性的发挥依赖于反应体系的特点,如在油水界面促进酯水解,而在有机相中可以酶促合成和酯交换。

脂肪酶的性质研究主要包括最适温度与pH、温度与pH稳定性、 底物 特异性等几个方面。迄今,已分离、纯化了大量的微生物脂肪酶,并研究了其性质,它们在分子量、最适pH、最适温度、pH和热稳定性、 等电点 和其他生化性质方面存在不同(Veeraragavan等)。总体而言,微生物脂肪酶具有比动植物脂肪酶更广的作用pH、作用温度范围,高稳定性和活性,对底物有特异性(Schmid等;Kazlauskas等)。

脂肪酶的 催化 特性在于:在油水界面上其催化活力最大,早在1958年Sarda和Desnnelv 就发现了这一现象。溶于水的酶作用于不溶于水的 底物 ,反应是在2个彼此分离的完全不同的相的界面上进行。这是脂肪酶区别于 酯酶 的一个特征。酯酶(E C3. 1.1.1)作用的底物是水溶性的,并且其最适底物是由短链脂肪酸(≤C8)形成的酯。

脂肪酶 是重要的工业酶制剂品种之一,可以催化解脂、酯交换、酯合成等反应,广泛应用于油脂加工、食品、医药、 国产日化品牌 等工业。不同来源的脂肪酶具有不同的 催化 特点和催化活力。其中用于有机相合成的具有转酯化或酯化功能的脂肪酶的规模化生产对于酶催化合成 精细化学品 和手性化合物有重要意义。

脂肪酶是一种特殊的酯键 水解酶 ,它可作用于 丙三醇 三酯 的酯键,使甘油三酯降解为 甘油二酯 、单甘油酯、甘油和 脂肪酸 。

酶是一种活性 蛋白质 。因此,一切对蛋白质活性有影响的因素都影响酶的活性。酶与 底物 作用的活性,受温度、pH值、酶液浓度、底物浓度、酶的 激活剂 或 抑制剂 等许多因素的影响。

脂肪酶在微生物中有广泛的分布,其产生菌主要是 霉菌 和细菌。已经公布的适用于甘油三酯加工的不同来源的脂肪酶有33种,其中18种来自霉菌,7种来自细菌。

脂肪酶可将 甘油 酯(油、脂) 水解 ,在不同阶段可释放出 脂肪酸 、 甘油二酯 、甘油单酯及甘油。水解生成的 脂肪酸 ,可以用标准的碱溶液 滴定 ,以滴定值表示酶活力。

反应式为:RCOOH+ 氢氧化钠 → RCOONa+H2O

水解

ATGL脂肪 三酸甘油脂 脂肪酶, HSL 激素敏感性脂肪酶,和单脂脂肪酶,其中ATGL只水解TG,而HSL可以水解TG和DG,而MGL只水解甘油单酯。

主要用途

微生物来源的脂肪酶可用来增强干酪制品的风味。牛奶中脂肪的有限水解可用于巧克力牛奶的生产。脂肪酶可使食品形成特殊的牛奶风味。

脂肪酶可通过 甘油 单酯和甘油双酯的释放来阻止焙烤食品的变味。生产明胶时骨头的脱脂,需要在温和条件下进行,脂肪酶催化的 水解 可以加速脱脂过程。

催化机制

脂肪酶具有油-水界面的亲和力,能在油-水界面上高速率的催化水解不溶于水的 脂类 物质;脂肪酶作用在体系的亲水-疏水界面层,这也是区别于 酯酶 的一个特征。

来源不同的脂肪酶,在氨基酸序列上可能存在较大差异,但其三级结构却非常相似。脂肪酶的活性部位 残基 由 丝氨酸 、 天门冬氨酸 、 组氨酸的生物合成 组成,属于 丝氨酸蛋白酶 类。脂肪酶的催化部位埋在分子中,表面被相对疏水的氨基酸残基形成的 尾旋 盖状结构覆盖(又称“盖子”),对三联体催化部位起保护作用。“盖子”中的α-螺旋的双亲性会影响脂肪酶与 底物 在油-水界面的结合能力,其双亲性减弱将导致脂肪酶活性的降低。“盖子”的外表面相对亲水,而面向内部的内表面则相对疏水。由于脂肪酶与油-水界面的缔合作用,导致“盖子”张开,活性部位暴露,使底物与脂肪酶结合能力增强,底物较容易地进入 疏水性 的通道而与活性部位结合生成酶-底物 复合物 。界面 活化 现象可提高 催化 部位附近的疏水性,导致α- 尾旋 再定向,从而暴露出催化部位;界面的存在还可以使酶形成不完全的水化层,这有利于疏水性 底物 的脂肪族侧链折叠到酶分子表面,使酶催化易于进行。

酶活表述

在一定温度和一定pH条件下, 水解 三酸甘油脂 每分钟生成1μ 摩尔 脂肪酸 的酶量,即为一个国际单位,以u/ml或者u/g表示。

正常值

⑴滴定法: 酶促反应 4h为0.06~0.89U/ml,酶促反应16~24h为0.2~1.5U/ml。

⑵比浊法:呈正 偏度 分布,最低为OU,单侧95%上限为7.9U。

临床意义

胰腺 是人体 LPS 最主要来源。 血清 LPS增高常见于 急性胰腺炎 及 胰脏癌 ,偶见于慢性胰腺炎。急性胰腺炎时,血清 淀粉酶 增加的时间较短,而血清LPS活性上升可持续10~15天。 流行性腮腺炎 未累及胰腺时,LPS通常在正常范围。此外,总 胆管结石 或癌、肠梗阻、 急性胃十二指肠溃疡穿孔 等有时亦可增高。

活性测定

方法:

⒈粗酶液的制备

用 电子天平 分别称取粗脂肪酶0.010 g、0.020 g 和0.030 g,用 蒸馏水 溶解并定容至100 mL,配成浓度分别为0.01%、0.02% 和0.03%的粗酶液。

⒉实验设计

本实验以10 mL 色拉油 为 底物 ,以酶用量、 水解 温度、反应时间为因素,通过酸价的测定选定其水解的最佳条件。

⒊酸价的测定

酸价是指中和1 摩尔 游离脂肪酸 所需 氢氧化钠 的毫克数,它用于衡量油脂的水解程度。实验中用酸碱 滴定 法测定水解液的酸价,参照文献[ 3, 4 ]中所使用的方法,向所得的水解液滴加1 mL 95%的 乙醇 溶液,摇匀,终止反应,并加入2滴 phenolphthalein 指示剂 ,迅速用0.05 mol/L的NaOH溶液滴定至溶液呈微红色,在30 s内不消失为终点,记录消耗的NaOH溶液毫升数(V)。用同样的方法测定空白值,每个试验重复两次,以平均值作为测定结果。

酸价按下式计算:

X = C (V - V0) ×40 /M

式中: X —油脂酸价(mg NaOH /g油)

C— 氢氧化钠 标准溶液 的浓度(mol/L)

M —试样的质量(g)

40—NaOH的mmol质量(mg/mmol)

4 粗脂肪酶活力的测定

在最佳 水解 条件下,分别测得粗脂肪酶和标准脂肪酶水解液的酸价X1、X2 ,根据公式U1 /U= X1 / X2求得粗脂肪酶的活力,其中U1为粗脂肪酶活力, U为标准脂肪酶活力。

5标准脂肪酶液的配制

根据实验最佳条件,配制标准脂肪酶液。一篇相关文献 粗脂肪酶活力的测定方法的研究.pdf

答:实验设计,本实验以10 mL 色拉油 为 底物 ,以酶用量、水解温度、反应时间为因素,通过酸价的测定选定其水解的最佳条件。用色拉油作底物不太妥,一般是用 橄榄油 , 化学纯 的。