Papain

Papain ist ein wenig spezifisches proteolytisches Enzym, das in Carica papaya enthalten ist. Es ist weit verbreitet in den Wurzeln, Stängeln, Blättern und Früchten von Carica papaya, mit dem höchsten Gehalt im unreifen Latex. Papain gehört zu den Sulfhydryl-Proteasen, deren aktives Zentrum Cystein enthält. Es hat die Eigenschaften einer hohen Enzymaktivität, guten thermischen Stabilität und Sicherheit. Daher wird es in der Lebensmittel-, Medizin-, Futtermittel-, Chemie-, Kosmetik-, Leder- und Textilindustrie weit verwendet.

Struktur

Papain besteht aus einer einzelnen Peptidkette mit 212 Aminosäureresten. Es sind mindestens drei Aminosäurereste im aktiven Zentrum des Papains vorhanden, darunter Cys25, His159 und Asp158. Die Enzymaktivität wird gehemmt, wenn Cys25 oxidiert oder an ein Metallion gebunden ist; das Reduktionsmittel Cystein (oder Sulfit) oder EDTA kann die Enzymaktivität wiederherstellen. Die anderen sechs Cysteinreste bilden drei Paare von Disulfidbrücken, die sich nicht im aktiven Zentrum befinden.

Chemische Eigenschaften

Papain ist eine Protease, die Proteine in sauren, neutralen und alkalischen Umgebungen hydrolysiert. Es ist ein weißes bis hellgelbes Pulver mit leicht hygroskopischen Eigenschaften. Papain ist in Wasser und Glycerin löslich, die wässrige Lösung ist farblos oder blassgelb, manchmal milchig-weiß. Es ist fast unlöslich in Ethanol, Chloroform, Ether und anderen organischen Lösungsmitteln. Papain ist eine sulfhydrylhaltige (-SH) Endopeptidase mit Protease- und Esteraseaktivität. Es hat ein breites Spektrum an Spezifitäten und eine starke Fähigkeit, tierische und pflanzliche Proteine, Peptide, Ester und Amide zu hydrolysieren, aber es hydrolysiert kaum Pepton. Der am besten geeignete pH-Wert von Papain liegt bei 6~7, der isoelektrische Punkt (pI) beträgt 8,75. Die am besten geeignete Temperatur liegt bei 55~65℃, aber es hat eine starke Hitzebeständigkeit und wird selbst bei 90℃ nicht vollständig inaktiviert; Papain wird durch Oxidationsmittel gehemmt und durch Reduktionsmittel aktiviert.

Katalytische Mechanismen

Papain hydrolysiert die Carboxyl-Ende von Arginin und Lysin in Proteinen oder Polypeptiden und hydrolysiert bevorzugt die Peptidbindungen, die Aminosäuren mit zwei Carboxylgruppen am N-Terminus oder aromatische L-Aminosäuren enthalten. Die Mechanismen des Papain-Schneidens von Peptidbindungen umfassen die Deprotonierung von Cys-25 unter der Wirkung von His-159. Dann greift Cys-25 nukleophil das Carbonylkohlenstoff der Peptidketten an und wird kovalent mit ihm verbunden, um ein Acyl-Enzym-Intermediat zu bilden. Papain interagiert dann mit einem Wassermolekül, um zu deacylieren und das Carbonyl-Ende des Peptids freizusetzen.

Produktionsmethoden

Direktes Trocknen: Die Produktionsmethode ist einfach und schnell, aber das Endprodukt ist nur ein rohes Enzym mit Verunreinigungen, schlechter Farbe, überschrittenen Mikroorganismen und niedriger Enzymaktivität. Diese Methode wird hauptsächlich von einzelnen Fabriken verwendet und kann die Qualität der Lebensmittelgesundheit und -sicherheit nicht erfüllen.

Sprüh-Trocknung: Die Sprüh-Trocknung erfolgt nach der Entfernung einiger Verunreinigungen durch Zentrifugation. Die Enzymaktivität der Endprodukte ist relativ hoch mit weniger Verunreinigungen. Allerdings haften die Produkte beim Sprühen leicht an der Wand, was zu einem großen Verlust der Enzymaktivität und schlechter Wasserlöslichkeit führt. Gleichzeitig ist die Stabilität der Enzymaktivität ebenfalls relativ schlecht.

Membrantrennmethode: Die Produktionsmethode vermeidet nicht nur die Nachteile der beiden oben genannten Methoden, sondern hat auch die Vorteile von Sicherheit, geringem Verlust der Enzymaktivität, guter Stabilität der Enzymaktivität, hoher Reinheit, weißer Farbe und niedriger mikrobieller Anzahl.

Anwendung

Lebensmittelindustrie: Papain wird hauptsächlich für die Kältebeständigkeit von Bier (Hydrolyse von Proteinen im Bier, um Trübung nach der Kaltlagerung zu vermeiden), die Zartmachung von Fleisch (Hydrolyse von Muskelproteinen und Kollagen), die Vorbereitung von Getreidevorbereitung und anderen Lebensmittelindustrien verwendet. Die Anwendung der Kältebeständigkeit von Bier und der Zartmachung von Fleisch ist weit umfangreicher als die anderer Proteasen.

Wissenschaftliche Forschung: Papain kann in Zellkulturerexperimenten verwendet werden und wird zur Trennung von Zellen eingesetzt. Die Behandlung von kleinen Gewebestücken mit Papain für 10 Minuten kann die extrazelluläre Matrix aufbrechen, um die Verbindungen zwischen den Zellen zu unterbrechen. Proteaseinhibitoren werden dann verwendet, um die Reaktion zu stoppen und zu verhindern, dass Papain die Zellen weiter lysiert. In der Immunologie kann Papain verwendet werden, um Fc-Fragmente von Immunglobulinen von Fab-Fragmenten zu trennen.