饲料蛋白酶的最新研究与应用进展

导读：蛋白质是动物养殖中非常重要的营养元素之一。更好的消化利用蛋白质，促进其它养分的充分利用，提高生长性能减少环境污染。因此，以饲料为底物最优化筛选而得到的蛋白酶会大大提高饲料中蛋白质的营养功效。本文将讨论饲料用偏碱性蛋白酶(EC 3.4.21.-)的特点和作用机理，主要包括以下方面：①其底物选择范围广，可水解不同来源的饲料蛋白质。②在不同的肠道pH值范围均具有活性：在小肠中性和碱性pH值范围活性最高，在胃中酸性pH值范围仍然具有较高活性。③在功能上与动物内源蛋白质消化酶具有互补性，可将动物内源蛋白消化酶不易降解的蛋白肽键有效降解。④不受植物原料中（如豆粕）胰蛋白酶抑制因子的影响。⑤可降解蛋白类抗营养因子（如胰蛋白酶抑制因子、植物凝聚素），从而降低其对动物生长性能的负面影响。⑥偏碱性蛋白酶与其它市售饲料酶具有协同作用。⑦可广泛应用到禽和猪饲料中，改善畜禽的生长性能。

蛋白质、碳水化合物和脂肪是三种主要的常量营养元素，可提供动物生长所需的能量和必需营养物质。以蛋白质为例，必需的营养元素是氨基酸，它也是机体和所有生物代谢过程中必需的。动物可产生内源蛋白酶来消化蛋白质，例如胃蛋白酶、胰蛋白酶和糜蛋白酶是最主要的内源蛋白酶。一般来说，内源蛋白酶对饲料蛋白的消化效率为80%~90%，因此，添加外源蛋白酶可起到辅助补充作用，进一步提高蛋白质的消化率。在猪禽营养中，高效的蛋白质消化率可以更有效、更充分的实现饲料原料的应用价值，保证生产效率，维持肠道健康和减少环境中氨氮的排放。除了对蛋白质营养的贡献外，蛋白酶也可以协助释放其它养分（如淀粉、脂肪和矿物质）、降解蛋白类抗营养因子和抗原（如植物凝集素、伴大豆球蛋白和胰蛋白酶抑制因子）。抑制上述抗原类所诱导的不必要的耗能免疫反应，降低未被动物消化的养分水平。并且，通过增加蛋白质的消化率，蛋白酶还可以降低到达胃肠道（GIT）后段的蛋白质含量，从而减少有害微生物的发酵底物。

1 偏碱性蛋白酶更广泛的底物特异性

与动物内源蛋白酶具有互补作用

蛋白质是氨基酸多聚体，由20种不同的天然氨基酸组成。对于活的生物体来说，氨基酸是最重要的生命建筑基石。氨基酸之间通过肽键连接起来形成聚体称作肽。根据肽其长短可以分为短链肽（寡肽，由2~3个氨基酸组成的二肽和三肽）、中链（多肽）和长链肽（即蛋白）。蛋白酶的作用即通过水解连接氨基酸的肽键，降解蛋白质至多肽和寡肽甚至游离的氨基酸。动物摄入的饲料蛋白质首先在胃肠道被水解成中链多肽，然后进一步水解成寡肽、三肽、二肽或者游离氨基酸。游离氨基酸、二肽和三肽均可以直接被小肠吸收，其途径是通过小肠上皮细胞膜上的转运子，最终进入血液循环。

胃肠道（也称消化道）中第一个对饲料蛋白质进行水解的蛋白酶即是胃蛋白酶。胃蛋白酶是由胃（猪）或者腺胃（禽）中分泌的。它属于酸性蛋白酶，分泌后在pH值5.0以下激活并表现活力，在低pH值环境中活性最高。胃蛋白酶具有广泛的底物特异性，但是，研究表明，与偏碱性蛋白酶相比，它对于三个碱性氨基酸（赖氨酸、精氨酸和组氨酸）旁的肽键水解效率不高（表1）。另外，尽管胃蛋白酶具有广泛的底物特异性，但是，由于饲料蛋白质在胃中的有限停留时间，以及在低pH值下并不是所有蛋白质都能有效地发生水合作用和被溶解，因此，在这里饲料蛋白质并不能很好的被水解。

在小肠中，pH值由酸性转化为更接近中性和碱性水平，且有胆汁酸表面活性剂的协助，使得一些饲料蛋白质的溶解性发生改变，但是，同时也降低了胃蛋白酶的效率。因此，这就需要动物体分泌一组新的蛋白消化酶。通过胰腺分泌至肠道的胰液中包含胰蛋白酶、糜蛋白酶和弹性蛋白酶，它们的最适pH值与小肠的酸碱度吻合。与胃蛋白酶不同，胰腺分泌的这些蛋白酶底物特异性比较狭窄，众所周知，胰蛋白酶只水解碱性氨基酸赖氨酸和精氨酸旁的肽键（表1）；糜蛋白酶比较偏重于水解大分子的疏水性氨基酸旁的肽键，如苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸及亮氨酸；胰弹性蛋白酶则更喜欢水解含有小的疏水侧链的氨基酸旁的肽键，如丙氨酸、缬氨酸及亮氨酸。尽管从整体考量这三种蛋白酶一起作用，底物特异性范围也较广，但是，值得注意的是，胰蛋白酶是胰腺分泌的主要的蛋白酶，糜蛋白酶的分泌量大约只有它的50%，弹性蛋白酶的量更少。换言之，胰腺分泌的蛋白酶更倾向于水解赖氨酸和精氨酸旁的肽键，而不是水解蛋白中所有的肽键。

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