配合酶概念-馮定遠

飼料“復合酶”“組合酶”“配合酶”

的原理和關(guān)系馮定遠1.華南農(nóng)業(yè)大學;2.廣東科貿(mào)職業(yè)學院1討論酶制劑時，特別強調(diào)了酶制劑在飼料中應用的復雜性2飼料酶制劑的復雜性一、酶制劑生物活性的敏感性；二、酶的種類和來源的多樣性；三、動物種類和生理階段的差別性；四、日糧類型和飼料原料的復雜性；五、酶作用和加工條件的變異性；六、日糧營養(yǎng)水平與酶提供可利用營養(yǎng)的比較性；七、酶制劑在畜禽飼料中應用功能的多元性。3酶制劑在畜禽飼料中應用的功能

1營養(yǎng)消化利用的功能2腸道健康的功能3生理和免疫調(diào)控的功能4脫毒解毒的功能5抑菌殺菌的功能6抗氧化等方面的功能4酶制劑改善營養(yǎng)消化利用的途徑（1）直接補充消化道營養(yǎng)水解所需的酶

（2）間接去除飼料中抗營養(yǎng)因子

（3）間接增加動物內(nèi)源消化酶分泌

5還需要關(guān)注飼料原料的物理特性和化學成分的復雜性特別是非常規(guī)飼料原料6飼料原料復雜性一般的單酶和復合酶對大部分的非常規(guī)飼料原料的作用有限，必須通過同一類酶的有效組合和不同類酶的高效配合通過同一類酶的組合拳作用和不同類酶的相互配合技術(shù)，形成一整套解決方案，才能較好地克服復雜飼料原料的消化利用問題7酶制劑的目的是針對飼料原料的消化問題，但對最難消化的飼料原料或者成分，例如粗飼料或者木質(zhì)纖維復合物，甚至一些具體組分如糖蛋白、脂蛋白等等，目前的酶制劑解決方案仍然有限。8理論上纖維素和半纖維素都能夠被相應的酶或者酶系所降解，甚至水解為其基本單位單糖或者二糖，

與木質(zhì)素結(jié)合，與粗蛋白（胺或銨鹽）結(jié)合、與粗脂肪（類脂、固醇）結(jié)合、與有機酸結(jié)合、與礦物質(zhì)和微量元素結(jié)合等等，這些復雜的物理和化學混合體，不是一般的酶與底物簡單催化反應能夠解決。9飼料酶的形式1、單一酶或單酶(SingleEnzyme):具有生物催化活性的基本結(jié)構(gòu)單位。2、混合酶(BlendingEnzymes)：沒有明確目標或具體量化關(guān)系的多種單酶組成的酶制劑（目前許多所謂飼料酶產(chǎn)品還是屬于這一類）。3、復合酶(ComplexEnzymes)：由催化不同底物的多種單酶、有明確目標和具體量化關(guān)系組成的酶制劑。4、組合酶(CombinativeEnzymes)：由催化同一類底物的多種單酶、有明確目標和具體量化關(guān)系組成的酶制劑。10飼料組合酶指利用酶催化的協(xié)同作用，由催化水解同一底物的來源和特性不同，選擇具有互補性的兩種或兩種以上酶配合(formulate)而成的酶制劑。

組合酶不是簡單的復合，而應該是根據(jù)不同酶的最適特性、作用特點和抗逆性的互補有機組合?？梢允嵌喾N內(nèi)切酶的組合，也可以是內(nèi)切酶和外切酶的組合。11來自嗜松青霉(P.pinophlum)的CBHS（Ⅰ和Ⅱ型）與內(nèi)切葡聚糖酶（EⅠ至EⅤ）之間在水解棉花纖維上的協(xié)同作用

12飼料組合酶的特性

（1）催化水解同一底物酶的來源多樣性（2）酶的催化反應的協(xié)同配合性（3）酶最適條件和抗逆特性的互補性（4）酶的應用效果的高效性13組合型復合酶制劑

一個典型的組合型復合酶制劑產(chǎn)品應該包括催化水解多種底物，而且催化水解同一底物的酶制劑有幾種來源不同的單酶組成，例如，應用大量雜粕和麥類的非常規(guī)原料的日糧，可以設(shè)計含有真菌木聚糖酶、細菌木聚糖酶、木霉纖維素酶和青霉纖維素酶等組成的組合型復合酶制劑。14組合酶與酶活之間可比性問題目前酶制劑產(chǎn)品酶活之間沒有可比性，只是籠統(tǒng)標明各種酶的活性，仔豬日糧專用酶：木聚糖酶(180000u/g)、β-葡聚糖酶(25000u/g)、纖維素酶(11000u/g)、果膠酶(400u/g)、淀粉酶(2000u/g)、酸性蛋白酶(3000u/g)，添加量為50～100g/T。木聚糖酶活性180000u/g是高還是低了？比另一企業(yè)產(chǎn)品的木聚糖酶活性120000u/g是更好嗎？不能簡單評判。15組合酶與酶活之間可比性問題組合酶的成分一般都要注明酶的來源

小麥雜粕日糧專用組合型液體酶：哈茨木霉木聚糖酶(450000u/g)、藍狀菌木聚糖酶(350000u/g)、纖維桿菌纖維素酶(300000u/g)，嗜松青霉纖維素酶(350000u/g)，添加量為80～100g/T。由于明確了酶的來源，酶活的意義就能夠比較容易規(guī)范。16一般的復合酶和組合酶并不能夠解決飼料原料復雜的物料結(jié)構(gòu)和物理屏障問題，特別是許多營養(yǎng)成分被包裹、被結(jié)合、被屏蔽、被束縛的問題，例如粗纖維和粗蛋白（包括胺類）組分的纏繞，容易受到復雜的三級結(jié)構(gòu)的影響。17配合酶概念針對飼料原料復雜的物料結(jié)構(gòu)和物理屏障等，提出飼料酶的配合酶（FormulatingEnzymes）。針對某種飼料物料或者復合組分的降解而設(shè)計的，有明確目標和具體量化關(guān)系，由多種作用不同底物的單酶組成，而且各單酶之間是有機結(jié)合的酶制劑。把多種單酶的效能互相“配合”，有機結(jié)合，協(xié)同作用，解決飼料組分復雜問題，故定義為“配合酶”。18纖維素酶和木聚糖酶是針對纖維類物料的常見配合，纖維素酶是降解六碳糖（葡萄糖）聚合物，木聚糖酶是降解五碳糖（木糖）聚合物，兩者結(jié)合搭配使用，相互配合，為了方便，我們稱這種結(jié)合為“配合”。1920結(jié)晶區(qū)側(cè)面結(jié)晶區(qū)纖維素酶B木聚糖酶配合酶纖維素酶A組合酶21在復雜的纖維物料中，結(jié)晶態(tài)部分通過纖維素酶來解決，非結(jié)晶態(tài)部分通過木聚糖酶來解決，兩者互相配合，協(xié)同作用，針對一種有序的物理結(jié)構(gòu)和空間排列進行處理，稱為“配合酶”解決模式。而兩種或者多種纖維素酶解決結(jié)晶態(tài)部分的方案，就是我們過去討論的“組合酶”解決模式。22在該復合的木質(zhì)纖維物料中，如果結(jié)晶態(tài)部分和非結(jié)晶態(tài)部分并不存在物理或者化學的關(guān)聯(lián)性，那么，纖維素酶和木聚糖酶的結(jié)合，就是一般的“復合酶”，各自解決目標底物，而不是特定的“配合酶”。不同酶制劑的目標底物是否有直接的物理或化學關(guān)聯(lián)性，是判斷“配合酶”的重要依據(jù)。23組合酶解決同一類底物（如蛋白質(zhì)、木聚糖等）的水解效率問題，典型的是外切酶與內(nèi)切酶的組合。但是，組合酶并不能夠解決飼料原料復雜的物料結(jié)構(gòu)和物理屏障問題。特別是許多營養(yǎng)被包裹、被結(jié)合、被屏弊、被束縛，例如粗纖維和粗蛋白（包括胺類）組分的纏繞。24復雜組分物理屏障，需多種酶配合作用復雜組分的物理屏障作用，反映在木質(zhì)纖維素復合物更明顯，特別是植物的細胞壁成分。植物細胞壁的木聚糖和甘露聚糖，需要很多酶系才能使之完全水解為可溶性糖。木質(zhì)纖維素的復雜物理特性，單一的纖維素酶，甚至多種纖維素酶組成的酶系或者設(shè)計合理的纖維素酶組合酶也未必能夠解決。25細胞壁淀粉顆粒26如果纖維素與半纖維素、木質(zhì)素同時存在并結(jié)合在一起，半纖維素和木質(zhì)素將影響纖維素對纖維素酶的吸附，同時，纖維素與半纖維素、木質(zhì)素之間互為屏障，纖維素也將影響木聚糖對木聚糖酶的吸附和物理性接觸。木質(zhì)纖維素復合物的物理特性，如果單一使用纖維素酶或者木聚糖酶，不僅僅影響纖維素酶的作用，也影響木聚糖酶的作用。27植酸鹽的形式和位置可能對于其水解效率具有重要的影響作用。存在于籽實外部纖維層中不溶性的植酸鹽更難消化。

“配合”使用植酸酶和蛋白酶，有可能相互解除物理性的屏障作用，同時提高了雙方的作用效率。28復雜組分的分解不協(xié)同，更容易造成局部高濃度水解產(chǎn)物的抑制作用

29可以篩選一種微生物源或者植物源的蛋白酶，與植酸酶“配合”，解決植酸、礦物質(zhì)、蛋白質(zhì)之間的相互作用，不僅僅有利于蛋白質(zhì)的利用，也有利于礦物質(zhì)和微量元素的利用。30微生物通過多種酶的協(xié)同作用水解復雜組分人工配制的“配合酶”同樣可以仿生這種協(xié)同高效的機制

31如何判斷“配合酶”？32配合酶的特征和判斷標準

不同酶制劑的目標底物必須有直接的物理或化學關(guān)聯(lián)性，這是判斷“配合酶”的重要依據(jù)。33配合酶的判斷標準配合酶中某一單酶的催化效率大于該酶在作用復雜物料或者復合組分時單獨使用時的效率，配合酶中每一單酶的效率都應該提高。34配合酶的判斷標準設(shè)定正常單酶作用特定復雜物料或者復合組分時的催化效率為1：（1）單酶A+單酶B

=2復合酶（2）單酶A+單酶B

﹥2配合酶兩者混合一起效率是2，兩者沒有直接的關(guān)聯(lián)性，是一般復合酶35配合酶的判斷標準兩種單酶在各自簡單的底物中發(fā)揮催化作用的效率都是100%，在復雜物料或者復合組分中作用的效率一般是小于100%，1.假如酶A和酶B效率是80%和75%，這是復合酶。2.假如酶A和酶B效率是90%和100%，把這種情況的兩種酶結(jié)合形式稱為配合酶。36配合酶與復合酶（1）配合酶是復合酶的一種，是一種特殊的復合酶，它是針對一種或者一類物料解決方案的配合酶。（2）復合酶是廣義的配合酶，一般針對多種或者幾類物料。（3）配合酶是針對一種復雜的組分，該組分由多種成分以化學鍵方式結(jié)合，有明確關(guān)聯(lián)度。37配合酶與復合酶

（4）復合酶則是所有組分解決方案的集合，這些組分可以有關(guān)聯(lián)性，也可能沒有關(guān)聯(lián)性。（5）配合酶是功能多元、有機組成“復合酶系”，酶系內(nèi)的各種酶互相配合和協(xié)同。（6）復合酶也是功能多元，但不能成為一個酶系，而是松散的結(jié)合。

38配合酶與組合酶

（1）配合酶作用不同類別的底物，而且不同底物在同一物理結(jié)構(gòu)內(nèi)，或者在化學結(jié)合上有關(guān)聯(lián)性。（2）組合酶是解決同一種或者同一類底物的催化降解問題。（3）組合酶一般是針對飼料化學成分，而配合酶更多是針對是飼料的物理物料特性。39配合酶與組合酶（4）組合酶一般是針對單一組分，而配合酶更多是針對多組分。（5）配合酶中，多種單酶有主次之分，在配制配合酶制劑時，有“主酶”和“次酶”之分。而組合酶中，多種單酶沒有主次之分，共同解決一種底物的降解問題。（6）組合酶除考慮單酶作用位點，解決化學鍵差異化外，作用同一位點的多種單酶，其理化條件也可以作為組合的條件。40復合酶組合酶配合酶單酶混合酶為了不同目的，可把多種單酶結(jié)合起來使用組合型復合酶組合型配合酶41飼料酶制劑有7種形式

單酶、混合酶、復合酶、組合酶、配合酶、組合型復合酶、組合型配合酶。

混合酶也是目前存在的一種形式，它在一定程度也能發(fā)揮作用，只是效率不高，有一定的盲目性。知識的局限性和技術(shù)手段的有限性，在未來很長時間里，混合酶將存在，把混合酶轉(zhuǎn)變?yōu)閺秃厦?、組合酶和配合酶產(chǎn)品，必須進行大量的科學研究，42配合酶提出的意義

飼料配合酶和近年來提出的飼料組合酶一樣，是飼料酶制劑應用技術(shù)體系的構(gòu)建和完善，從一個概念到實際的應用，有一個慢長的過程，由于酶制劑的復雜性以及目前研究基礎(chǔ)的局限性，爭論和爭議在所難免。43飼料配合酶的實際價值可能是有限的，可能一般的復合酶就能夠達到其效果。如何根據(jù)飼料物料復雜的物理微結(jié)構(gòu)進行配合酶設(shè)計，使多種酶能夠相互配合，各自的效率大于單獨使用時的效率，目前仍然有很大的難度。44首先，通過飼料配合酶和復合酶及組合酶等概念的提出，可以初步構(gòu)建一個飼料酶制劑應用的技術(shù)體系，通過不同形式的酶制劑設(shè)計，從不同的角度考慮，它們之間可以成為一個飼料添加劑應用技術(shù)和動物營養(yǎng)的子系統(tǒng)。45其次，配合酶針對飼料原料物理特性的復雜性和化學組分的復雜性，對彌補一般的復合酶直接作用簡單而明確底物這方面的不足有重要的價值，拓寬了酶制劑對底物的適用范圍。46第三，一般的復合酶，組合酶，只能對部分非常規(guī)飼料原料有一定的作用。目前的酶制劑對大部分的非常規(guī)飼料原料的價值仍然有限，配合酶則有提高復雜原料利用的潛在價值，特別是配合酶和組合酶結(jié)合使用，理論上，可以解決大部分非常規(guī)飼料原料的利用問題。47第四，配合酶可以部分解決多組合的抑制問題，可以進一步提高營養(yǎng)利用，對許多認為不可能再改善其價值的原料，如玉米、豆粕等普通原料，仍有提升空間。例如，經(jīng)植酸酶處理，蛋白酶的效率比原來不使用植酸酶的情況要高，植酸酶“配合”蛋白酶處