角蛋白酶(keratinase)是一種可以特異性降解角蛋白的酶類, 由真菌、放線菌和細(xì)菌等多種微生物產(chǎn)生。其來(lái)源廣泛，多種微生物在羽毛降解過(guò)程中均可產(chǎn)生角蛋白酶。不同菌種來(lái)源的角蛋白酶，其結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)、活性和底物也不同。角蛋白酶在食品、醫(yī)藥、飼料、精化和制革等工業(yè)中廣泛應(yīng)用, 具有嫩化肉類、生產(chǎn)高級(jí)營(yíng)養(yǎng)品、免疫制劑和飼料添加劑以及美容、軟化皮革等作用, 并可導(dǎo)致瘋牛病和人類克雅氏癥的Prion 蛋白(PrPSc構(gòu)象)的降解, 更使其成為研究熱點(diǎn), 應(yīng)用和研究?jī)r(jià)值巨大。

角蛋白酶還可用于化妝品、工業(yè)生產(chǎn)及醫(yī)藥方面。在當(dāng)今生物處理日益受到關(guān)注的形勢(shì)下，開(kāi)發(fā)有發(fā)展?jié)摿Φ慕堑鞍捉到饷敢詫?shí)現(xiàn)角蛋白的高效生物降解已成為大勢(shì)所趨。角蛋白酶是皮膚真菌重要的侵襲因子，因此，利用角蛋白酶抑制劑或者角蛋白酶單克隆抗體抑制角蛋白酶的作用，削弱皮膚真菌的侵襲性，從而達(dá)到治療皮膚真菌感染的目的，是今后研究角蛋白酶與皮膚真菌感染相互關(guān)系的一個(gè)重要方向。角蛋白酶具有高效的角蛋白水解活性，利用角蛋白酶改善藥物在角蛋白中的通透性，可提高皮膚外用藥物的療效。特別是在銀屑病、角化過(guò)度性皮膚病( 神經(jīng)性皮炎、慢性濕疹等) 的治療應(yīng)用方面非常值得研究。
角蛋白酶也可應(yīng)用于美容護(hù)膚品，幫助活性因子透過(guò)皮膚屏障，去除皮膚多余角質(zhì)，實(shí)現(xiàn)皮膚的深層護(hù)理。角蛋白酶能水解毛發(fā)角蛋白，利用角蛋白酶進(jìn)行脫毛，治療多毛癥也可能具有良好的應(yīng)用前景。（ChemicalBook Andy）羽毛作為家禽飼養(yǎng)和屠宰工業(yè)的副產(chǎn)物，每年產(chǎn)量巨大,且蛋白質(zhì)和氨基酸含量豐富,是潛在的優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)資源，羽毛粉中粗蛋白含量為80%-90%，胱氨酸的含量居天然飼料之首為2.93%，能值居中，含硫量在所有飼料中最高，含硒量較高。據(jù)測(cè)定纈氨酸、亮氨酸和異亮氨酸的含量分別約為7.23%、6.78%、4.21%，高于其他動(dòng)物性蛋白質(zhì)飼料。但其成分主要為不溶性的結(jié)構(gòu)蛋白，含有大量的二硫鍵、氫鍵和疏水鍵，交聯(lián)度大，不可溶，不能被常見(jiàn)蛋白酶所降解。角蛋白穩(wěn)固的三維結(jié)構(gòu)使其在降解時(shí)必須首先打開(kāi)二硫鍵，然后再在多肽水解酶的共同作用下，最終得到各種游離的氨基酸。角蛋白水解的關(guān)鍵步驟是二硫鍵的斷裂，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)一些角蛋白酶有二硫鍵還原酶的活性，可使維系角蛋白三維結(jié)構(gòu)的二硫鍵被破壞，角蛋白喪失不溶性和抗酶解能力，這對(duì)于角蛋白的降解至關(guān)重要。

角蛋白廣泛存在于自然界中，主要來(lái)源于動(dòng)物的外胚層細(xì)胞,包括皮膚以及皮膚的衍生物，是其結(jié)構(gòu)蛋白,可分為a和β兩個(gè)類型。該類蛋白質(zhì)化學(xué)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,不溶于水,難以被胰蛋白酶，胃蛋白酶 等常見(jiàn)的蛋白酶降解,但能被稱之為角蛋白酶(ker- ainases, EC 3.4.21/24/99.11 )的水解酶降解。角蛋白酶具有降解天然角蛋白的特性,屬于堿性絲氨酸蛋 白酶或金屬蛋白酶族,被認(rèn)為是一類誘導(dǎo)酶。
角蛋白酶能有效地降解角蛋白的特性,引起了不少研究者的關(guān)注。在酶學(xué)性質(zhì)和應(yīng)用等方面,已進(jìn)行了大量的研究,取得了一定的進(jìn)展。酶學(xué)性質(zhì)研究的結(jié)果表明，該酶類的分子量在 16kDa ~440 kDa,大多數(shù)是30 kDa左右,最適pH 值是在7.5~10,少數(shù)偏微酸性,最適溫度范圍是在 30C~75℃,多數(shù)是在459C~55℃。
角蛋白酶對(duì)角蛋白的分解作用主要是斷裂其二硫鍵。目前普遍認(rèn)為微生物降解角蛋白過(guò)程 可分為變性作用,水解作用和轉(zhuǎn)氨基作用3個(gè)部分。某些角蛋白酶是復(fù)合酶,其中含有特異裂: 解二硫鍵的二硫鍵還原酶和使多肽水解的多肽水解 酶。因此,當(dāng)角蛋白酶作用于角蛋白底物時(shí),其中的二硫鍵還原酶首先使角蛋白分子結(jié)構(gòu)中的二硫鍵發(fā)生斷裂，從而使角蛋白分子結(jié)構(gòu)解體,形成變性角蛋 白。然后變性角蛋白在多肽水解酶的共同作用下逐 漸水解成多肽,寡肽和游離氨基酸。 最后,由轉(zhuǎn)氨基作用產(chǎn)生氨氣和硫化物,從而使角蛋白徹底水解!1。

角蛋白酶是在角蛋白誘導(dǎo)條件下由微生物產(chǎn)生的，菌種不同，角蛋白酶的結(jié)構(gòu)、活性、底物特異性以及酶活性等也會(huì)有差異。角蛋白酶與其他蛋白水解酶的最主要區(qū)別在于其與底物的結(jié)合更緊密更適合。根據(jù)其活性基團(tuán)，角蛋白酶可分為為絲氨酸蛋白酶、天冬氨酸蛋白酶、金屬蛋白酶；根據(jù)亞基組成，可分為單體酶和復(fù)合酶；根據(jù)溫度和酸堿性質(zhì)，可分為酸性、中性和堿性角蛋白酶；根據(jù)分泌情況可分為胞內(nèi)酶和胞外酶。角蛋白酶的最適反應(yīng)溫度一般在35℃-75℃，大多數(shù)集中在45℃-55℃。來(lái)源于細(xì)菌、真菌、放線菌的角蛋白酶的最適pH范圍一般在中性到堿性之間。影響角蛋白酶活性的因素有很多，如Ca2+、Mg2+，在通常情況下對(duì)角蛋白酶酶活均有促進(jìn)作用，因此在發(fā)酵培養(yǎng)基中適量添加，可能會(huì)有助于角蛋白酶的產(chǎn)生；磷酸鹽，巰基乙醇，維生素C等也可增強(qiáng)大多數(shù)菌源的角蛋白酶活性，可能是由于巰基乙醇有助于打破雙硫鍵從而提高角蛋白酶的酶解能力。

角蛋白酶是由微生物產(chǎn)生的一類具有角蛋白水 解活性的酶,迄今已分離到的30余種能分泌角蛋白 酶的微生物,分別屬于細(xì)菌,放線菌和真菌屬。真菌 種類較多,包括皮膚類真菌,如須癬毛癬菌,新霉素 鏈霉菌,黃霉菌,微孢長(zhǎng)囊頭孢霉Trichophyton Simii HN50;絲狀真菌,如擬青霉F1和A1 ,Chry2 so sprium geor giae等。
產(chǎn)角蛋白酶的放線菌主要是鏈霉菌類,如費(fèi)氏鏈霉菌,鏈霉菌DSM40530,嗜熱鏈霉菌和放線菌ss-1等。具有角蛋白酶活性的細(xì)菌主要為芽孢桿菌,如地衣芽孢桿菌,表皮葡萄球 菌,海島閃光桿菌,棲息微球菌等。已報(bào)道的角蛋白酶主要是絲氨酸蛋白酶和金屬蛋白酶,均被認(rèn)為是誘導(dǎo)酶。微生物在底物誘導(dǎo)狀態(tài)下表達(dá)角蛋白酶，而在非底物誘導(dǎo)狀態(tài)下不表達(dá)角蛋白酶。
不同微生物產(chǎn)生的角蛋白酶具有一-定的差異,主要表現(xiàn) 在酶的存在方式以及酶的結(jié)構(gòu)組成穩(wěn)定性最適 反應(yīng)溫度pH值等方面。

角蛋白酶的應(yīng)用研究涉及飼料生產(chǎn)、醫(yī)療衛(wèi)生、制革等很多行業(yè)。使用角蛋白酶可將富含角蛋白的材料轉(zhuǎn)化成氨基酸、多肽和可溶性蛋白，對(duì)于提高角質(zhì)廢棄物的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值具有重大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。在制革行業(yè)中角蛋白酶不僅能溶解膠原，而且能溫和的促進(jìn)彈性組織解離而使其被廣泛的應(yīng)用在脫毛過(guò)程中。飼用高粱的飼用價(jià)值大概相當(dāng)于玉米的95%-96%，但是相對(duì)于玉米，飼用高粱含有較高含量的高粱醇溶蛋白，影響蛋白質(zhì)的消化和利用率。由于高粱醇溶蛋白中胱氨酸的含量較高并且有大量的二硫鍵交聯(lián)，推測(cè)如果一種蛋白酶對(duì)角蛋白質(zhì)具有降解作用，應(yīng)該也會(huì)降解醇溶蛋白。
目前對(duì)角蛋白酶的認(rèn)識(shí)還不夠深入，尤其是在角蛋白酶的酶活標(biāo)定等方面還不統(tǒng)一，導(dǎo)致對(duì)不同菌種來(lái)源的角蛋白酶產(chǎn)量及活力比較起來(lái)存在一定困難。目前雖然已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了很多的菌株都能夠產(chǎn)角蛋白酶，但相對(duì)來(lái)說(shuō)活性都不是很高，因此篩選產(chǎn)角蛋白酶活性較高的菌株也是今后的一個(gè)重要發(fā)展方向?？莶菅挎邨U菌的非致病性，無(wú)有毒副產(chǎn)品產(chǎn)生，以及安全性，使其成為商業(yè)生產(chǎn)胞外酶的首選。因此，構(gòu)建一個(gè)角蛋白酶的高效表達(dá)系統(tǒng)-枯草芽孢桿菌表達(dá)系統(tǒng)也是今后研究的重要方面。