纳豆激酶（纳豆发酵过程中产生的丝氨酸蛋白酶）
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更新时间：2023-05-17
纳豆激酶
纳豆发酵过程中产生的丝氨酸蛋白酶
纳豆激酶3D结构图
基本信息
中文名
纳豆激酶
英文名
Nattokinase
别名
枯草杆菌蛋白酶
CAS编号
133876-92-3
发现者
（日）须见洋行
分子式
C₂₀H₂₃BCl₂N₂O₉
性质
外观
白色或淡黄色固体
气味
无臭味
溶解性
溶于水
发现历史
纳豆起源于中国的秦汉时期，是传统的发酵食物，在唐朝时期传入日本，在日本饮食习惯影响下逐渐演变成现在的纳豆，它被认为是日本长寿的秘诀。纳豆类似于中国的发酵豆和豆豉，日本将纳豆主要作为营养食品，而中国将豆豉作为一种调味料。1980年，在美国芝加哥大学医学院，日本学者须见洋行发现纳豆发酵物能将血栓在短短的两个小时就溶解掉1厘米，再经过一个晚上的时间就将培养皿中的血栓完全溶解掉了，相对于传统的溶栓物质，这个新的溶栓物质溶解的速度更快效果更好，由于物质是在纳豆中提取出来的的，故称之为纳豆激酶。
分子结构
纳豆激酶成熟蛋白由275个氨基酸组成，是一种无二硫键单链多肽酶。Nakamura（中村）在1992年利用鸟枪法在大肠杆菌中克隆得到了纳豆激酶基因，并测定了纳豆激酶的核苷酸序列。纳豆激酶的全长基因序列为1473bp，纳豆激酶蛋白N端的29个氨基酸残基是信号肽，第30-106个氨基酸残基是前肽，去掉信号肽的352个氨基酸组成的产物被称为纳豆激酶酶原。纳豆激酶的3D结构图可以看出纳豆激酶由7个α-螺旋，9个β-折叠和2个Ga结合位点以及3个Trp（色氨酸）、12个Tyr（酪氨酸）和3个Phe（苯丙氨酸）组成。
纳豆激酶3D结构图
理化性质
纳豆激酶是一种白色或淡黄色的固体，无臭味，可溶于水。纳豆激酶的等电点位为8.6±0.3，在pH为7-12较为稳定，其pH在7-9的酶活性最为稳定，pH<5时不稳定。但是纳豆激酶即使在酸性条件下酶活性也不会失去，纳豆激酶在胃中会被讲解，但在小肠中很稳定不会被降解。纳豆激酶的溶液在45℃以下的活性相对稳定，温度高于60℃时活性逐渐失去，在反复冻融5次后，其95%的酶仍能保持其活性。此外金属离子也会影响其活性，Hg²⁺会使它完全失活，Mn²⁺、Zn²⁺、Co²⁺、Cu²⁺和Mg²⁺对其酶活也有抑制作用，而Ga²⁺和Mg²⁺对它的酶活明显有激活的作用。纳豆激酶具有底物专一性，有特定的蛋白水解位点和结合位点。
生理作用
溶栓作用
纳豆激酶不仅可以溶解已经存在的血栓，还可以预防血栓的形成。纳豆激酶不仅是一种高效并且安全的溶栓活性的纤溶酶，相对于传统的溶栓药物还具有溶栓效果好，药效时间长，安全无毒副作用，成本低，可口服、还不会造成出血等优势。纳豆激酶具有多元化的溶栓机制，不仅可以通过刺激血管内皮细胞将尿激酶激活，进而将纤溶酶原激活为纤溶酶去溶解纤维蛋白，还能直接水解纤维蛋白，改善血液的黏度和增强血管的弹性。
纳豆激酶作用机制
降血压功效
纳豆激酶能在预防和治疗高血压中发挥作用。纳豆激酶通过降解血浆中的纤维蛋白来降低血压，还可以通过阻止血浆血管紧张素Ⅱ水平的升高来抑制高血压。
调节肠道作用
人体肠道中的微生物菌群能够合成人体生长所必须的维生素，因为纳豆激酶是由纳豆杆菌所产生的一种蛋白酶，这种蛋白酶在肠道中可以促进有益厌氧菌的生长并且还能抑制有害需氧菌的生长；稳定性较好的纳豆激酶通常不会受肠道环境的影响，从而能发挥较好的作用。
其他作用
纳豆激酶可以通过保护神经来细胞预防阿尔兹海默症 ，能修复受损的学习和记忆；还可以治疗慢性鼻窦炎，通过水解纤维蛋白来收缩鼻息肉组织，进而缓解慢性鼻窦炎所引起的哮喘。纳豆激酶还对氧化应激损纳伤LPS诱导的炎症有帮助，在视网膜的新生血管的调节中起关键作用。纳豆激酶有治疗玻璃体视网膜疾病、长时间飞行导致的疾病、抗血小板和抗凝作用。
制备方法
纳豆激酶的制备方法有两种：固体发酵和液体发酵。目前可以产生纳豆激酶的微生物菌种主要有芽孢杆菌，海洋生物和假单胞菌，但目前研究最多的还是枯草芽孢杆菌。
固体发酵
纳豆激酶的固体发酵是以大豆为原料，浸泡过夜后经过蒸煮，待其冷却后拌入菌种发酵形成的。固态发酵所使用的生产设备简单，控制方便，发酵原料成本较低。固态发酵是制作纳豆激酶的重要生产方式。但是这个发酵方法很难进行中间参数的检测，因此很难进行工艺上的放大生产。
液体发酵
除了比较传统的固态发酵，还有液态发酵。液体发酵是以大豆为原料，添加菌种进入培养基中进行发酵。在液态发酵中比固态发酵具有传质均匀，发酵过程中检测技术成熟、可控，能够实现自动化和工艺易于放大化等优势，在大规模生产中液态发酵是主要的方法。微胶囊固定化培养技术也被应用到纳豆激酶的液体发酵过程中，这个方法能使在发酵过程中生产出的纳豆激酶累积在胶囊中，有利于后续的分离工序。
分离纯化
纳豆激酶是胞外酶，将其发酵液通过一系列分离纯化处理后即可得到纳豆激酶，纳豆激酶的分离纯化技术方法多采用蛋白质分离技术。因发酵液中的纳豆激酶不稳定，可能会在高温或者过酸过碱中失去活性，所以在选择纯化方法上很重要，一般常用到的分离纯化方法有柱层析法、超滤法、萃取法，膨胀床分离法等。
柱层析法
柱层析法通常要先进行硫酸铵或有机溶剂沉淀、过滤或离心、透析等，然后进行色谱分析，最后的滤液再进行浓缩、冷冻干燥。柱层析法在纳豆激酶的分离纯化方面被广泛应用，虽然这个方法的回收率很高但是成本高，操作复杂，分离时间过长不利于进行工艺的放大生产。
超滤法
超滤法就是将发酵液通过具有微小孔径的超滤膜，大分子被孔径截留下来，小分子则通过滤膜，从而达到浓缩大分子的作用。虽然这种方法不会破坏纳豆激酶的活性，但是纯度不是很高，因此这个方法要与其他方法一起联合使用，比如将超滤法和柱层析法联合使用可以获得活性很高、回收率有很高的纳豆激酶。
萃取法
传统的萃取法用到的有机溶剂会破坏蛋白质的活性，所以在萃取像纳豆激酶这类蛋白质通常会采用双水相萃取法或者反胶团萃取法。双水相萃取利用生物大分子在两相之间的溶解度不同将纳豆激酶分离出来，这个方法能耗低不会对环境造成污染，也能进行工艺上的放大生产。反胶团萃取法是将表面活性剂中加入非极性溶液，是表面活性分子形成外部疏水、内部亲水的微球，这些微球将纳豆激酶牢牢的包裹在里面，充分的使纳豆激酶不与有机溶剂接触，使其蛋白活性不会被破坏，这些微球在进入水相后纳豆激酶就会被释放出来，这个方法相比传统的萃取方法选择性高，成本低，操作也很简单。
膨胀床分离法
膨胀床分离法是一种集成化分离技术，可以直接从发酵液中吸附纳豆激酶，将纳豆激酶浓缩分离纯化到一个单元操作中，避免了纳豆激酶在复杂的纯化过程中会造成酶失活的可能性，提高了产品的回收率，体现了快速分离纯化的优点。
应用领域
医药领域
纳豆激酶可以通过作为补充剂添加在药品中用来降血栓或者预防疾病的发生。
纳豆激酶纳豆激酶作为功能性产品主要以胶囊，片剂，粉剂，液体剂的形式出现在市场上，如净血酶纳豆胶囊、纳豆素胶囊和纳豆激酶胶囊等，其主要是作为保健品来食用，调节体内的免疫系统，改善血液循环，还可以预防心血管性疾病。目前国际规定纳豆激酶制剂的含量单位为FU/片，“FU”是日本纳豆激酶协会对于溶解血栓酵素所定义的一种活性单位，有叫作血栓纤维蛋白溶解率。纳豆激酶在日本现在已有十多家大公司已经生产出多种关于纳豆激酶的产品，如大和制药的NKCP（精制纳豆菌培养物）已经上市。
食品领域
纳豆激酶还可以作为食品添加剂来满足人体对纳豆激酶的需求。通过冷冻干燥成为一种天然调味粉，纳豆激酶在经过冷冻干燥的操作后能保证原有的营养物质不会被流失，常见产品有冻干纳豆菌粉（纳豆激酶）。欧洲食品安全局在2016年推荐纳豆激酶作为食物补充剂，建议最大的摄入量为100mg/d（2000-2800FU/D）。
安全事宜
纳豆激酶不具有毒性。
