大豆胰蛋白酶抑制因子论文

大豆胰蛋白酶抑制因子动科1112班 2011230054 夏娉摘要：大豆胰蛋白酶抑制因子是大豆食品和饲料中的主要抗营养因子，是一种蛋 白质或多肽，可与胰蛋白酶结合形成稳定的化合物，从而抑制胰蛋白酶活性。本 文主要从胰蛋白酶抑制因子的理化性质，作用机理，危害，应对措施，展望等方 面进行综述。关键词：胰蛋白酶抑制因子作用机理危害应对措施展望引言：在生大豆中胰蛋白酶抑制因子含量约30毫克/克，它对植物本身有保护作 用，可防止大豆自身发生分解代谢，并具有抗虫作用，因此是大豆的含需成分。 。但随着养殖业的不断发展，为达到更好地养殖效益以及产品质量，对饲喂养 殖动物的食品和饲料的要求日益增加，因此对饲料中常见到的抗营养因子的研究 越来越受关注，胰蛋白酶抑制因子是大豆食品和饲料中含量高，对畜禽危害最大 的一种抗营养因子，可抑制鸡、猪等畜禽的生长，引起胰腺肿大，抑制蛋白酶活 性。本文主要是针对目前已有的大豆胰蛋白酶抑制因子研究作一综述。1大豆胰蛋白酶抑制因子的种类和理化性质大豆胰蛋白酶抑制因子是大豆中的主要抗营养因子。目前从大豆中分离出的 胰蛋白酶抑制因子主要是Kunitz型胰蛋白酶抑制因子（KTI）和Bowman- Birk 型胰蛋白酶抑制因子（BBI）。KTI由181个氨基酸和少量的半胱氨酸形成的2个二硫键组成。活性中心位 于第63号精氨酸和第64号异亮氨酸之间，主要对胰蛋白酶直接且专一的起作用， 与胰蛋白酶1:1定量结合。KTI不溶于乙醇；遇酸和蛋白酶易失活；热不稳定： 80C时短时间加热变性；90C不可逆失活。BBI是由71个氨基酸所组成的单肽链，包含7个二硫键,其分子量约为8kDa。 BBI分子中有两个活性中心：一个是赖氨酸16-丝氨酸17,为胰蛋白酶结合位点； 另一个是亮氨酸44-丝氨酸45，为胰凝乳蛋白酶结合位点。BBI不溶于丙酮； 对热、酸较稳定；105C干燥10min仍能保持活性；不易被蛋白酶水解。这两种抑制因子通过结合位点的作用与胰蛋白酶络合，从而使胰蛋白酶失 活，起到对昆虫、动物及人类的抗营养作用。根据大豆胰蛋白酶抑制因子的结构 特点和理化性质，可以破坏分子中的二硫键、结构从而使其失活。2大豆胰蛋白酶抑制因子的作用机理胰蛋白酶抑制因子本身即为蛋白质或多肽，可与蛋白酶结合形成稳定的化合 物，使酶的活性被抑制。胰蛋白酶抑制因子的抗营养机理主要表现在抑制动物生 长和引起胰腺增生、胰腺肿大两个方面。胰蛋白酶抑制因子与小肠中胰蛋白 酶结合，生成无活性的复合物，降低胰蛋白酶的活性，导致低蛋白质的利用率和 消化率下降。引起动物机体蛋白质内源性消耗。胰蛋白酶与胰蛋白酶抑制因子 结合排出体外，引起胰腺进一步分泌更多的胰蛋白酶,造成动物胰腺增生和肿大， 同时胰蛋白酶中含硫氨基酸较高，造成机体S-AA缺乏不平衡。3大豆胰蛋白酶抑制因子对动物的危害大豆胰蛋白酶抑制因子可与动物小肠液中的胰蛋白酶结合，降低胰蛋白酶的 活性，导致蛋白质消化利用率下降，并能引起动物生长抑制作用，如引起老鼠、 小鸡的胰腺肿大和增生等。李素芬等结果表明随着饲料中的胰蛋白酶抑制因子 含量的增加，肉仔鸡的采食量随之下降而且随着胰蛋白酶抑制因子含量的提高在 一段时间内肉仔鸡胰腺质量明显增加，胰腺细胞数量增多、体积增大且伴有空泡 样变性。黄少文等（1994）胰蛋白酶抑制因子能降低禽类小肠胰蛋白酶活性和 日粮蛋白质消化率并引起胰腺代偿性肿大和生产性能下降。侯水生等（1996） 研究也表明胰蛋白酶抑制因子会造成肉用仔鸡胰腺增生和肿大。Grant等（1995） 报道，胰蛋白酶抑制因子的浓度越高，胰腺肿大程度越高；胰蛋白酶抑制因子 浓度低时，胰腺甚至不肿大。此外，胰蛋白酶抑制因子会严重影响仔猪及生长肥 育猪的生长速度和饲料利用率6。Herkelman等（1990）。用生大豆为唯一蛋白 质来源饲喂断奶仔猪或幼年生长猪，导致其生长速度下降。在哺乳期使用生大豆 为唯一蛋白质来源会引起断奶仔猪数和断奶体重的下降。仔猪成活率降低，母猪 体重损失过大。4大豆胰蛋白酶抑制因子的失活方法胰蛋白酶抑制因子结构中活性部位的氨基酸是其具有抑制活性的必要条件， 因此破坏其分子中的二硫键即可使其失活。目前对胰蛋白酶抑制因子失活的研究 有很多，主要在物理失活、化学失活、生物学失活等几个方面获得明显的进展11。物理失活方法包括热失活法、超声波失活法和其他物理失活法。大豆中的胰 蛋白酶抑制因子对热具有不稳定性，热失活法是最早发现、研究，也是最常用的 失活方法。马得莹等（2000） 12对大豆进行湿热处理，认为在120C（0.1Mpa）条件下加热lOmin,大豆中的抗营养因子失活，并且较好地保存大豆的营养价值12。过度加热能引起大豆蛋白必需氨基酸损失。因此，对大豆产品进行加热处 理时应使用最佳条件（温度、时间、水分、含量和压力），以便在最大程度失活 胰蛋白酶抑制因子同时使大豆蛋白溶解度减少和必需氨基酸损失降到最低%杨 汝德等（1998）用超声波处理大豆制品，钝化其中的胰蛋白酶抑制剂。化学失活法，用化学试剂作用于胰蛋白酶抑制因子，破坏其分子中的二硫键， 从而使其失去活性。Friedman和Gumbman （1986）报道在生豆粕中加入0.3mol Na2SO3，同时用75C处理1h，可完全钝化大豆胰蛋白酶抑制因子，且亚硫酸残 留量极地14。Wedzicha等（1984）研究利用偏重亚硫酸钠（Na2S2O5）和亚硫酸钠 （Na2SO3）钝化大豆胰蛋白酶抑制因子，使其二硫键重组成为不可逆的失活分子 基团15。生物还原失活法，生物还原剂的作用在于使STI和BBI中的二硫键还原成 巯基，胰蛋白酶抑制因子的活性中心受到破坏而失活。Boihon C.等（1992）实 验证明了大豆胰蛋白酶抑制剂能够被NADP-氢化氧还原蛋白（LA-Trxh）还原而 失活Ml.5发展前景目前对于胰蛋白酶抑制因子种类和理化性质、作用机理、危害等的研究日益 成熟，但对于胰蛋白酶抑制因子的失活的方法还有待完善。如热失活法的温度、 时间等较难控制，易破坏氨基酸的活性；化学失活法会有一定的化学试剂残留， 影响饲料安全。除了胰蛋白酶抑制因子的抗营养作用，大豆胰蛋白酶抑制因子同 时还具有重要的防护功能，并且大豆胰蛋白酶抑制因子含有丰富的含硫氨基酸， 降低其含量就会降低其营养性，因此最好的途径是培育或发现无活性胰蛋白酶抑 制因子，而不是统统的去除，这需要我们寻找一些大豆胰蛋白酶抑制因子突变新 品种。TI的基因工程研究，Surekha等W将芥类植物大辣芥种子中含有的TI的 基因转移到烟草或番茄中，发现这些植物都获得了明显的抗虫性，而且TI随着 植物生长的发育成熟而逐渐丧失了其抑制活性，从而可以抵制各种病虫害的侵 害，而在种子成熟后，抑制活性逐渐消失，对食用其种子的人畜则没有毒害。对 胰蛋白酶抑制因子（TI）在医药产业和农业产业的研究也有不同的进展并且具有 广阔的进展前景。而且在之后的研究中可能会向TI的有利价值方面的进展。参考文献1 金蓓，田少君大豆胰蛋白酶抑制剂研究概况J.粮食与油脂，2005 (6) :3-6.2 王长良，张永忠，孙志刚.Bowman-Birk型大豆胰蛋白酶抑制剂研究进展J.大豆科学， 2007, 26( 5) : 757- 760.3 Odani S， IKenaka T. Studies on soybean trypis inhibitors VIII. disulfide bridges in soybean bowman-birk protease inhibitiors J. Biochem， 1994, 74： 697.4 Naim M, Gerlter A, Birk Y. The effect of dietary raw and autoclaved soybean protien fractionson on growth， pancreatic enlargement and pancreatic enzymes in ratsJ. The Journal of Nutrition，1982，47： 281-288.5 李素芬，杨立杰，霍贵成等肉仔鸡对胰蛋白酶抑制因子的耐受性研究J.中国家禽， 2000 (3)： 8-10.6 黄少文.大豆产品中胰蛋白酶抑制因子及其对猪禽生产性能的影响综述J.湖南畜牧 兽医，1994 (1)： 11-14.7 侯水生，黄俊纯，赵玲，王述容.生豆粕胰蛋白酶抑制因子对肉用仔鸡生长发育的影响 J.营养学报，1996 (1) :103-107.8 Grant G et al. 1995. Consumption of diets containing raw so ybeans，kidney beans，cow peas or lupinseed by rat for up to 700 days:effect on body composition and organ weightsJ. Brit. J. Nutr， 73:174-29.9 Herkelman， K. L. et al. 1990， J. Anim. Sci. 68(suppl. 1)， (abst).10 Herkelman, K. L. et al. 1990， J. Feedstuffs 62 (52)13, 16， 17， 22. (abst).11 刘欣，冯杰.大豆胰蛋白酶抑制因子TI)的研究进展J.浙江大学饲料科学研究所, 2005, 14 (6) :39-40.12 马得莹，谢幼梅，曲强.湿热处理对全脂大豆抗营养因子的影响J.山东农业大学学 报：自然科学版，2000,(2).13 杨汝德，梁汉华，郭乾初.超声波钝化大豆胰蛋白酶抑制素的研究J.华南理工大学 学报，1998,26 (4)： 66-71.14 Friedman M, Gumbman M. R. Nutritional improvement of soy flour through Inactivation of trypsin inhibitors by sodium sulfiteJ. Food Sci, 1986, 51 (5)： 1239-1241.15 Wed B L . Chemistry of Sulfur Dioxide in Foods . Elsevier Applied SciencePubishersJ. London and New York, 1984, 69.16 Boihin C, Jin-an J, Roberbel K, Bob B B. Stability of Thioredoxin-linked Reduction on the Activity and Stability of the Kunitz and Bowman-Birk Soybean Trypsin InhibitorJ . American Chem Soci, 1992, 40:2333-2336.17 Mandal S, Kundu P, Roy B, Precoursor of the inactive 2S sced storage protein from the Indian mustard Brassico junceu is a novel trypsin inhibitorJ. J Biol Chem, 2002, 227(40): 37161-37168.