木瓜蛋白酶（Papain）：一种源自番木瓜的高效巯基蛋白酶

木瓜蛋白酶

木瓜蛋白酶，亦称木瓜酶，是一种具有显著蛋白水解活性的酶类。它源自番木瓜（学名：Carica papaya）植物，广泛分布于该植物的根、茎、叶及果实之中，尤其在未成熟果实的乳汁中含量最为丰富。作为番木瓜的天然成分，木瓜蛋白酶展现出了独特的酶学特性。木瓜蛋白酶的活性中心富含半胱氨酸残基，这一特征使其归属于巯基蛋白酶家族。该酶不仅酶活高，还表现出良好的热稳定性，能够在一定范围内的高温条件下保持其催化活性。此外，木瓜蛋白酶来源于天然植物，具有卫生安全、无化学残留等优势，因此备受关注。

化学性质

鉴于其优异的酶学性能和安全性，木瓜蛋白酶在多个领域展现出了广泛的应用潜力。在食品工业中，它可用于改善食品的质地和口感，提高营养价值；在医药领域，木瓜蛋白酶被用作药物前体的处理剂，有助于药物的释放和吸收；在饲料行业中，它可增强饲料的消化性，提高动物的生产性能；在日化、皮革及化妆品产业中，木瓜蛋白酶则可用于制备具有特殊功效的日化产品和护肤品。

木瓜蛋白酶是一种含巯基（-SH）的肽链内切酶，具备蛋白酶与酯酶的活性。其在水及甘油中溶解性良好，水溶液通常呈无色或淡黄色，特殊情况下亦可能为乳白色；然而，该酶在乙醇、乙醚等有机溶剂中的溶解度极低。在酸碱度适应性方面，木瓜蛋白酶的最佳 pH 范围为 6 至 7，但其在 pH 值 3 至 9.5 的较宽区间内均能发挥功能，在中性或偏酸性环境下尤其活跃。至于温度适应性，其最适温度区间为 55℃至 65℃，不过在 10℃至 85℃的范围内均具有活性，且展现出较强的耐热性，即使在 90℃的高温条件下也不会完全失去活性。此外，氧化剂会对木瓜蛋白酶产生抑制作用，而还原性物质则能够将其激活。
在催化机制上，木瓜蛋白酶通过特定的化学步骤实现肽键的剪切。首先，在组氨酸（His-159）的参与下，半胱氨酸（Cys-25）发生去质子化反应，天冬酰胺（Asn-158）在此过程中起到辅助组氨酸（His-159）的咪唑环定位的关键作用，从而使得去质子化得以顺利进行。接着，半胱氨酸（Cys-25）对肽主链上的羰基碳发起亲核攻击，并与之形成共价连接，产生酰基 - 酶中间体。随后，酶分子与一个水分子发生作用，促使去酰基化反应的发生，最终释放出肽链的羰基末端部分。

组成结构

在番木瓜未成熟果实中，存在多种蛋白水解酶，包括木瓜蛋白酶（Papain）、木瓜凝乳蛋白酶A（Chymopapain A）、木瓜凝乳蛋白酶B（Chymopapain B）以及木瓜肽酶B（Papaya Peptidase B）。这四种半胱氨酸蛋白酶的一级结构具有显著的同源性。其中，木瓜蛋白酶属于巯基蛋白酶类，能够水解蛋白质和多肽中精氨酸和赖氨酸的羧基端，尤其偏好水解那些在肽键的N-端具有两个羧基的氨基酸或芳香L-氨基酸的肽键。

木瓜蛋白酶是一种分子量为23406的蛋白水解酶，由一条单肽链组成，包含212个氨基酸残基。其活性中心包含至少三个关键的氨基酸残基：Cys25、His159和Asp158。当Cys25被氧化剂氧化或与金属离子结合时，酶的活性会受到抑制；然而，还原剂如半胱氨酸（或亚硫酸盐）或EDTA能够恢复其活性。此外，该酶还包含另外六个半胱氨酸残基，它们形成了三对二硫键，但这些二硫键并不位于活性中心。

纯化的木瓜蛋白酶制品通常包含以下成分：（1）分子量为21000的木瓜蛋白酶，约占可溶性蛋白质的10%；（2）分子量为26000的木瓜凝乳蛋白酶，约占可溶性蛋白质的45%；（3）分子量为25000的溶菌酶，约占可溶性蛋白质的20%；以及纤维素酶等其他不同的酶。