全 文 ：·154· 中草115ChineseTraditionalandHerbalDrugs第38卷第1期2007年1月
大蒜蒜酶的提取纯化及其酶学性质
曹 红1’2，陈 坚1I
(1．新疆医科大学药学院药物分析教研室，新疆乌鲁木齐830054；
2．石河子大学化学化工学院化学系，新疆石河子832000)
摘要：大蒜为百合科多年生革本植物，可药食两用，一直受到青睐。大蒜主要具有抗感染、防治心脑血管疾病、抗
肿瘤等功效。目前公认大蒜的功效成分是蒜酶(alliinase，EC4．4．1．4)催化裂解蒜氨酸(alliin)产生的大蒜辣素
(allicin)、阿藿烯(ajoene)等系列含硫有机化舍物。主要从大蒜的功效成分、蒜酶的提取纯化、蒜酶的酶学性质及展
望等方面综述了蒜酶的研究进展。表明大蒜制剂以其独特的显著功效，必将为人类的健康做出巨大贡献。
关键词：大蒜；蒜酶；酶学性质
中圈分类号：R284．91 文献标识码：A 文章编号：0253—2670(2007)01—0154—03
Extractionandpurificationofalliinasefromgarlicanditsenzymologypr perties
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CAOHon91¨．CHENJianl
(1．DepartmentofPharmaceuticalAnalysis，SchoolofP armacy，XinjiangMedic lUniversity，Urumqi830054，China；
2．DepartmentofChemistry，SchoolofChemistryandChemicalEngineering，ShiheziUniversity，Shihezi832000，China)
Keywords：garlic；alliinase；enzymologyproperties
大蒜AlliumsativumL．为百合科葱属多年生草本植
物。2005年，Kamenetsky等[13在TienShan山脉进行的关于
原始大蒜类型的研究确认亚洲中部是大蒜进化和多样性的
最重要的中心。近年来，研究大蒜药用成分成为国内外医药
领域的热点，尤其在心血管疾病和恶性肿瘤的防治方面，大
蒜引起了科学家们的极大兴趣。大量的研究表明，在心血管
疾病的防治方面，大蒜具有降血脂[2“]、抗血栓[5~8]、降血
压[9]、防治动脉粥样硬化[1””3等功效；在抗肿瘤方面，大蒜
对胃癌[12“4]、结肠癌[1””]、口腔癌、食管癌、子宫癌、乳腺
癌、皮肤癌[183等具有治疗或预防作用。
1大蒜的功效成分
目前公认大蒜的功效成分是蒜酶(alliinase，EC4．4．1．
4)催化裂解S一烯丙基一L一半胱氨酸亚砜(S—allyl—L—cysteine
sulfoxide)，即蒜氨酸(alliin)，而产生的大蒜辣素(allicin)、阿
蘩烯(ajoene)等系列含硫有机化合物[19’20](图1)。
蒜酶酶促反应的底物蒜氨酸存在于大蒜细胞质中，而蒜
酶存在于大蒜细胞的液泡中。当大蒜完整细胞受损时，蒜酶
和蒜氨酸相遇，发生反应，生成系列含硫有机化合物[2“。
2蒜酶的提取纯化
目前，蒜酶提取纯化主要采用一系列的蛋白质分离纯化
技术，如盐析、亲和色谱及凝胶过滤等生物技术。基本步骤大
致为：鲜蒜去皮，浸提，匀浆，离心；取上清液，盐析，离心，取
沉淀，重溶，离一fi,；取上清液，经色谱分离，得纯化蒜酶。除去
皮外，以上操作均在4℃下完成。由于研究者们选用原料的
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图1大蒜蒜酶的酶促反应
Fig．1Enzymaticreactionofalliinasefromgarlic
品种和来源不同，浸提液、沉淀剂、脱盐方法和色谱柱存在差
别以及酶活力测定方法的不同，得到结果也不尽相同E22～313。
2002年，Kuettner等从埃及鲜蒜得到比活力为660／』mol／
(rain·mg)(丙酮酸法，以外消旋蒜氨酸为底物)的高纯度蒜
酶和蒜酶的晶体[2引。从国内外文献报道来看，这也是迄今为
止，在实验室中得到的活力和纯度最高的蒜酶。
3蒜酶的组成和结构
大蒜蒜酶是二聚体糖蛋白(两个亚基相对分子质量均为
5．15×104)，属于依赖5’一磷酸吡哆醛(PLP)酶的第一家族。
收稿日期：2006—05—26
基金项目：新疆维吾尔自治区高技术研究与发展计划资助项目(200511112)
作者筒介：曹红(1969一)，女，博士研究生，研究方向：药物分析。Tel：13201338880E—mail：chyfch@126．corn
*通讯作者陈坚Tel：(0991)4362246
万方数据
中草焉 ChineseTraditionalandHerbalDrugs第38卷第1期2007年1月· 55·
2002年Kuettner等通过圆二色光谱数据预测表明蒜酶的a一螺
旋结构为27％～30％；氨基酸序列预测a一螺旋结构为29％。a一
螺旋结构比其他依赖PLP类型I的酶要低。蒜酶的结晶为黄
色，这是由于与蛋白质结合的辅酶因子PLP的缘故[2“。
蒜酶三维结构为典型的依赖PLP酶I的S型折叠。每
个蒜酶单体由3个截然不同的结构域组成。即1个独特的
Ⅳ一端结构域(2～100个氨基酸残基，含有一个新颖的类表皮
生长因子的结构域，其中半胱氨酸排列方式C—z，。。一C—z—C—
z：一C—z。一C—z。一C在依赖PLP的酶中是唯一的)，中心是5’一
磷酸吡哆醛结合的结构域和1个c一端结构域(311～427个
氨基酸残基)。蒜酶亚基上核心糖结构是一个典型的植物糖
蛋白的糖链结构：甘露糖(p1，4)一N一乙酰氨基葡萄糖(p1，
4)一Ⅳ一乙酰氨基果糖(a一1，3)一N一乙酰氨基葡萄糖。糖基化位
点Ash。位于酶的二聚体之间，通过糖链把2个亚基结合在
一起‘3“。
4影响蒜酶稳定性的因素
4．1 温度：冷冻和融化过程中，蒜酶活力不可逆损失近
40％[2”，原因可能是冷冻过程中，水首先结成冰，酶和盐的
浓缩导致酶周围环境的pH和离子强度发生变化。离子强度
变大可使寡聚蛋白分离。当浓缩作用伴随着结构改变时，分
子内的巯基二硫化合物发生变化。因此，融冻可诱导蒜酶结
构的改变而失活。此外，冰晶能破坏蛋白质分子表面疏水域
周围分子的有序排列，使暴露的疏水域相互作用，发生聚合
和沉淀，导致蒜酶变性失活[3“。
4．2压力：蒜酶的活力会随着压力的增大而明显降低。冷冻干
燥制成的蒜酶粉酶活力降低程度取决于所施加的压力。压力施
加到500MPa时，活力降低到原来的58％，酶活力的倒数与压
力之间的关系遵循一次方程；若做更大范围的测定，对于蒜酶
活性与压力的关系可以用一个二次方程式描述：相对活力“一
一4×10“X2+10“X+0．0103(X为压力)[卵』。
4．3辅酶因子：PLP为蒜酶的辅酶因子。PLP对酶活力的
影响表现为：若单位加入25pmol／LP P，对蒜酶的稳定性
没有显著影响，而同时加入25／-tmol／L、10％蔗糖和1％的
NaCl后，酶活力明显增加，并且在一20℃保存500d，活力
并没有明显降低比“。
蒜酶完全失活后，天然蛋白凝胶电泳图谱显示一系列的高
相对分子质量的蛋白条带，说明蒜酶已分解为4、8或更多个亚
基。紫外光谱显示该酶在430nm处已没有明显吸收(该吸收带
是含有PLP酶的典型吸收，如蒜酶)。将失去活力的蒜酶重新加
入含有PLP的缓冲液中，其活力并未明显增加。由此推断，很可
能是由于蛋白质构相发生改变，丢失了PLP[2“。
4．4 金属离子和EDTA：乔旭光等先后两次实验证明
Ca”、Mg”、Zn”、Fe2+等金属离子皆可不同程度地提高蒜
酶活性，其中以Fe2+效果最为明显，其次是Ca2+；重金属离
子Cu2+则较强地抑制了蒜酶活性，证实蒜酶具有离子活性
中心；同时EDTA对蒜酶的激活进一步证实了以上结论，可
能与络合重金属离子有关[3“3“。
4．5 pH：大蒜蒜酶室温下保存3h，在pH值4～7内相对稳
定，pH>7时酶的活性开始降低。当pH>9或<4时，酶的活
性迅速下降。若长时间(>12h)保存，该酶仅在pH6～7的
较小范围内保持较高的活性[2⋯。
5蒜酶酶动力学特性
5．1蒜酶酶促反应的最适底物：蒜酶对不同底物所表现的
活性不同，甚至对同一种底物不同异构体所表现的活力差异
都很大。米氏常数(K。)是酶的特征常数之一，它仅与酶的性
质有关，而与酶的浓度无关，值越小，表示酶与底物的亲和力
越大。K。值最小的底物称为酶的最适底物。
1999年Krest等用不同的底物测定了大蒜蒜酶的酶活，
发现蒜酶对L一(+)一蒜氨酸表现出最大活力。以L一(+)一蒜
氨酸作为底物时，测定蒜酶的K。为1．6mmol／L，最大反应
速度y。。为252mmol／(min·mg)，而以L一(一)一蒜氨酸作
为底物时，蒜酶K。为2．8mmol／L，最大反应速度y。。为54
mmol／(min·mg)。显然，天然右旋异构体更适合作底物[2“。
2000年，Krest等又用不同的底物测定了9种葱属植物蒜酶
的酶活，发现9种作物中的蒜酶都对L一(+)一蒜氨酸表现出
最大的酶活，这也说明了蒜酶活性中心的结构均更适合￡一
(+)一蒜氨酸[3“。
5．2蒜酶酶促反应的最适温度：温度对酶促反应的速率的
影响表现在两个方面：当温度升高时，与一般化学反应一样，
反应速率加快。由于酶是蛋白质，随着温度的升高，使酶蛋白
逐渐变性而失活，引起酶反应速率下降。酶所表现的最适温
度是这两种影响的综合结果。
以天然的S一烯丙基一￡一半胱氨酸亚砜(蒜氨酸)为底物，
反应3min，分别测定25～60℃的酶活，确定酶反应的最佳
温度为35℃[2”。以合成的S一烯丙基一￡一半胱氨酸亚砜为底
物，10～70℃，分别测定不同反应温度对活力的影响。结果
显示，蒜氨酸酶在25～45℃内有较好的稳定性，其最适反应
温度为30℃。同时，蒜氨酸酶在低温区(30℃以下)比高温
区(45℃以上)活性随温度变化平缓，超过30℃后，酶活性
随温度升高而急剧下降[3”。
5．3蒜酶酶促反应的最适pH：酶的催化活力受pH值影响
较大，在大多数情况下，酶催化反应一定pH条件下具有最
大的反应速度，高于或低于此pH值，反应速度都会有下降，
通常称此pH值为酶的最适反应pH值。
在23℃下，以天然的S一烯丙基一L一半胱氨酸亚砜为底
物，蒜酶酶促反应的最适pH为6．5[2⋯。
5．4蒜酶酶促反应的竞争性抑制剂：L一半胱氨酸能与蒜酶
反应的磷酸吡哆醛反应形成四氢噻唑，因而对蒜酶具有较强
的抑制作用[2“。此外，羟胺硫酸盐和鱼藤酮对蒜酶也具有抑
制作用[3⋯。
6展望
由于大蒜有效成分的分离、提取或人工合成十分困难，
蒜氨酸及大蒜辣素等单体的价格十分昂贵，而且大蒜辣素化
学性质极不稳定，易分解，一直无法直接制成药物制剂应用
于临床。因此目前国内外的研究思路是从鲜蒜中分别提取化
学性质相对稳定的蒜氨酸及蒜酶，然后研发大蒜高效新制剂
万方数据
·156· 中草药 chiⅡeseTraditionalandHerbaIDrugs第38卷第1期2007年1月
(由蒜氨酸单体、蒜酶单体组成)，在体内释放大蒜辣素、阿藿
烯等有效成分，其疗效将优于同类其他制剂。进入21世纪，
大蒜制剂以其独特的显著功效，必将进入千家万户，为人类
的健康做出巨大贡献。
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万方数据
大蒜蒜酶的提取纯化及其酶学性质
作者： 曹红， 陈坚， CAO Hong， CHEN Jian
作者单位： 曹红,CAO Hong(新疆医科大学药学院,药物分析教研室,新疆,乌鲁木齐,830054;石河子大学
化学化工学院,化学系,新疆,石河子,832000)， 陈坚,CHEN Jian(新疆医科大学药学院,药物
分析教研室,新疆,乌鲁木齐,830054)
刊名： 中草药
英文刊名： CHINESE TRADITIONAL AND HERBAL DRUGS
年，卷(期)： 2007,38(1)
被引用次数： 2次

参考文献(37条)
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3. 曹红.袁耀佐.陈坚.CAO Hong.YUAN Yao-zuo.CHEN Jian 大蒜蒜酶/蒜氨酸催化动力学及临床应用研究[期刊论文
]-时珍国医国药2009,20(7)
4. 孙东.孙毅 脱臭蒜素提取机理及脱臭蒜素多糖的研制[期刊论文]-黑龙江农业科学2003(2)
5. 吴传茂.陈士英 蒜氨酸酶和无臭大蒜[期刊论文]-数理医药学杂志2000,13(3)
6. 景文娟.唐辉.芮鸣.崔利娜.陈军岗.JING Wen-juan.TANG Hui.RUI ming.CUI Li-na.CHEN Jun-gang 优化鲜蒜中
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7. 王元秀.王军.李强.WANG Yuan-xiu.WANG Jun.LI Qiang Pb2+对大蒜SOD,POD的影响及Ca2+的解毒作用[期刊论文
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引证文献(2条)
1.于树芳.毛月 蒜氨酸酶纯化方法研究进展及影响因素[期刊论文]-解放军药学学报 2010(5)
2.段海燕.陈思羽.李炳奇.曹红 洋葱中蒜氨酸酶的提取分离及酶活力测定[期刊论文]-时珍国医国药 2011(8)


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