Page 10 - 《精细化工》2023年第3期
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·466· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 40 卷
被剥夺，对抗抗生素耐药性的成本将达到 100 万亿 随着 2020 年新冠肺炎疫情的爆发，细菌病原体
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美元 。此外，抗生素很可能在宿主体内引起不良 与人类生活的矛盾不断加剧，抗菌酶的应用范围将
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反应 。因此，迫切需要开发具有广谱抗菌效果的 会越来越广，以抗菌酶为抗菌剂的抗菌材料会逐渐
天然抗菌剂以及新型抗菌材料。 成为人们日常生活中的一部分。酶固定化技术为用
抗菌酶是能缓解细菌耐药性的一种天然抗菌 抗菌酶抑制微生物生长的酶型生物改性抗菌材料提
剂，其对细菌病原体以及微生物生物膜的抑制作用 供了可能，良好的固定化载体和先进的固定化技术
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引起学者的广泛关注，从而研发出新的抗菌技术 。 是将抗菌酶与载体材料结合的关键。固定化酶技术
但抗菌酶结构不稳定，在高温、高压、强酸、强碱 最早用于免疫学中分离蛋白质和吸附抗体，此后逐
和有机溶剂中容易失活，极端环境使抗菌酶的长期 步建立起以吸附法和包埋法为主流的物理固定化技
操作稳定性差的问题限制了其应用。目前，已经研 术。在中期发展中，研究人员不断开发固定化酶的
发出多种应用抗菌酶的抗菌技术，例如：将抗菌酶 载体，除了无机载体外，相继研究了天然聚合物及
和壳聚糖、金属离子协同抗菌以增加抗菌效果，或 其衍生物以及合成聚合物等几大类载体。并且随着
将酶固定到载体表面通过接触杀菌的方式达到抗菌效 固定化酶技术（共价法、吸附法、包埋法、微囊化
果。将抗菌酶固定化在材料内部或表面，能提高酶的 法、交联法五大基本技术）的发展，现如今固定化
稳定性、延长使用寿命，并且能回收再利用，进而明 酶技术趋向高效化、合理化，运用集成度和精密度
显降低生产成本，显著拓宽了抗菌酶的应用领域。 更高的固定化酶技术解决问题（图 1）。
图 1 固定化酶技术发展过程概述图
Fig. 1 Summary of immobilized enzyme technology development process
本文总结了常见的抗菌酶以及抗菌机制（图 2）， 并提出了运用基因工程或化学修饰改变酶结构，使
详细描述了抗菌酶应用于抗菌材料中的方法和载 用具有较高活性和高比表面积的载体，同时将多种
体，同时分析了以抗菌酶为抗菌剂存在的问题。 固定化酶技术组合应用，解决目前出现的酶型改性
抗菌材料存在的稳定性差、抗菌效果不好、成本较
高等问题。
1 酶型生物改性抗菌材料的几种抗菌酶
1.1 抗菌蛋白酶
抗菌蛋白酶是一种水解酶，通过催化肽键的水
解（蛋白水解），从而产生蛋白质片段甚至单个氨基
酸。蛋白酶在原核和真核细胞中普遍存在，并在多
种代谢过程中发挥作用。根据催化位点的不同结构
和酶促作用的不同机制，蛋白水解酶可分为以下几
类：（1）半胱氨酸蛋白酶，活性中心半胱氨酸的硫
醇基团可作为亲核试剂，组氨酸的咪唑环负责质子
化/去质子化；（2）苏氨酸蛋白酶，活性中心苏氨酸
的羟基残基充当亲核试剂；（3）天冬氨酰蛋白酶，
活性位点的两个天冬氨酸残基是肽键水解的关键，
图 2 构建生物改性抗菌材料的抗菌酶分类图 在酸性环境中具有高活性；（4）谷氨酸蛋白酶，活
Fig. 2 Classification diagram of antimicrobial enzymes of
biologically modified antibacterial materials 性位点有一个谷氨酸残基，在低 pH 下仍有活性；（5）
