細(xì)菌一氧化氮合酶及其在食品科學(xué)研究中的應(yīng)用

羅慧婷，孔保華,*，李沛軍,2，李木子

細(xì)菌一氧化氮合酶及其在食品科學(xué)研究中的應(yīng)用

羅慧婷1，孔保華1,*，李沛軍1,2，李木子1

（1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150030；2.合肥工業(yè)大學(xué)生物與食品工程學(xué)院，安徽 合肥 230009）

一氧化氮合酶（nitric oxide synthase，NOS）是一種廣泛存在于哺乳動(dòng)物體內(nèi)的調(diào)節(jié)酶，具有催化生成一氧化氮的重要功能。近年來，人們在細(xì)菌體內(nèi)也發(fā)現(xiàn)NOS的存在。本文介紹細(xì)菌中NOS的結(jié)構(gòu)、生化機(jī)制和功能等，對其在食品科學(xué)研究中的應(yīng)用進(jìn)行了綜述，并對其今后的研究重點(diǎn)和發(fā)展方向進(jìn)行展望。

一氧化氮合酶；細(xì)菌；食品科學(xué)；應(yīng)用

一氧化氮合酶（nitric oxide synthase，NOS）是高等生物體中重要的信號(hào)分子——一氧化氮（nitric oxide，NO）合成的關(guān)鍵酶，具有催化L-精氨酸氧化生成L-瓜氨酸和NO的功能[1]。哺乳動(dòng)物中，NO參與許多生物進(jìn)程，從血壓的調(diào)節(jié)到抵抗病原體的保護(hù)作用[2]。研究顯示，哺乳動(dòng)物NOS是復(fù)雜的高度調(diào)節(jié)合成酶，而細(xì)菌NOS在結(jié)構(gòu)及特性上與哺乳動(dòng)物NOS存在差異，因此，有學(xué)者推斷細(xì)菌NOS的功能可能不同于哺乳動(dòng)物NOS的功能[3]。由于哺乳動(dòng)物NOS對多細(xì)胞信號(hào)和免疫應(yīng)答的重要性，細(xì)菌NOS亦成為當(dāng)今研究熱點(diǎn)。從食品質(zhì)量安全的觀點(diǎn)上看，一些有益微生物也具有產(chǎn)生類NOS蛋白的能力，逐漸引起了人們的興趣和研究。本文就細(xì)菌NOS的結(jié)構(gòu)、生理生化特性和功能以及其在食品科學(xué)研究中的應(yīng)用進(jìn)行了綜述。NOSNoc。隨后人們相繼在乳酸菌、金黃色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）、枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis）、耐輻射奇球菌（Deinococcus radiodurans）、炭疽芽孢桿菌（Bacillus anthrasis）和嗜熱脂肪芽孢桿菌（Geobacillus stearothermophilis）等微生物中也檢測到了細(xì)菌NOS的存在[5]，如表1所示。細(xì)菌NOS與哺乳動(dòng)物NOS有許多共同的特性，例如，它們都是二聚體結(jié)構(gòu)，具有血紅素光譜特性，當(dāng)有充足的輔因子提供時(shí)，它們均可催化L-精氨酸反應(yīng)，產(chǎn)生NO分子。此外，與哺乳動(dòng)物NOS相比，細(xì)菌NOS在結(jié)構(gòu)與功能上具有其特異性。

表1 目前發(fā)現(xiàn)的典型細(xì)菌NOSTable 1 Typical bacterial NOS

1 細(xì)菌NOS概述

1994年，Chen Yijun等[4]首次在諾卡氏菌（Nocardia）中發(fā)現(xiàn)并成功純化得到細(xì)菌NOS，這種酶被命名為

1.1 細(xì)菌NOS的結(jié)構(gòu)和催化機(jī)制

利用X射線進(jìn)行晶體衍射可知，哺乳動(dòng)物NOS是有活性的同源二聚體蛋白，每一個(gè)亞基包含兩個(gè)區(qū)域：由血紅素、四氫生物喋呤（H4B）和底物L(fēng)-精氨酸結(jié)合位點(diǎn)等構(gòu)成的N末端氧化酶區(qū)域（NOSoxy）；含NADPH、FAD和FMN結(jié)合位點(diǎn)的C末端黃素蛋白還原酶區(qū)域（NOSred）；鈣調(diào)節(jié)蛋白位于這兩部分中間，將兩個(gè)區(qū)域連接在一起，控制電子從NOSred向NOSoxy的轉(zhuǎn)移。然而，細(xì)菌NOS僅具有與哺乳動(dòng)物NOS的NOSoxy部分高度相似的結(jié)構(gòu)，缺乏相關(guān)的NOSred、鈣調(diào)蛋白結(jié)合區(qū)、N末端鉤區(qū)和鋅環(huán)指序列[12]。哺乳動(dòng)物NOS的N末端擁有一個(gè)由50 個(gè)殘基組成的“鉤”部，其中包括一段鋅離子結(jié)合位點(diǎn)，也包含輔助因子H4B部分的結(jié)合位點(diǎn)，在哺乳動(dòng)物NOS中起穩(wěn)定二聚體和催化的作用。而細(xì)菌NOS能形成不含這個(gè)“鉤”的穩(wěn)定二聚體。細(xì)菌NOS的催化活性中心稱為血紅素袋，包括血紅素、H4B和底物的結(jié)合位點(diǎn)，兩側(cè)的β-折疊和處于二聚體界面的螺旋-轉(zhuǎn)角模體將血紅素包裹在搖籃狀結(jié)構(gòu)中。與哺乳動(dòng)物NOS相比，一些細(xì)菌NOS的血紅素袋中殘基發(fā)生了改變，由哺乳動(dòng)物NOS中的纈氨酸（Val）變成了異亮氨酸（Ile）[13]。

細(xì)菌NOS催化生成NO的機(jī)制包含兩步基于血紅素的氧合反應(yīng)：第一步L-精氨酸羥基化成穩(wěn)定的中間產(chǎn)物Nω-羥基-L-精氨酸（Nω-hydroxy-L-arginine，NOHA），第二步NOHA轉(zhuǎn)化生成NO和L-瓜氨酸（圖1）。值得注意的是，這兩步氧激活作用似乎都需要H4B作為血紅素暫時(shí)的電子供體[10]。亞鐵血紅素氧合復(fù)合物間氫鍵與底物L(fēng)-精氨酸或中間產(chǎn)物NOHA的不同作用控制著氧化反應(yīng)的進(jìn)程和產(chǎn)物類型。金黃色葡萄球菌NOS（saNOS）血紅素-氧復(fù)合物的拉曼共振研究結(jié)果顯示，L-精氨酸和NOHA控制NOS催化時(shí)氧合中間物的穩(wěn)定性和產(chǎn)率。

細(xì)菌NOS普遍發(fā)現(xiàn)于革蘭氏陽性菌中，由于細(xì)菌NOS缺乏NOSred，需要補(bǔ)充適合的還原酶才能產(chǎn)生NO[14]。在一些重組實(shí)驗(yàn)中，細(xì)菌NOS，如枯草芽孢桿菌NOS（bsNOS）和耐輻射奇球菌NOS（drNOS），使用哺乳動(dòng)物NOS的NOSred作為其還原酶搭檔，催化L-精氨酸氧化成NO，但產(chǎn)率較哺乳動(dòng)物NOS低[15]。進(jìn)一步研究表明，當(dāng)bsNOS接受來自一些非特異性細(xì)胞還原酶的電子時(shí)，能形成NO[16]。此外，在大腸桿菌體內(nèi)表達(dá)的細(xì)菌NOS，可于體外產(chǎn)生NO，這可能是由于其利用了宿主還原酶的緣故。

細(xì)菌NOS與哺乳動(dòng)物NOS的輔因子結(jié)合情況相似。研究發(fā)現(xiàn)，saNOS在所有輔因子都存在時(shí)才能達(dá)到最大活性，這些因子可維持二聚體最大穩(wěn)定性，缺乏任何一種輔因子都會(huì)使saNOS的活性顯著降低[7]。動(dòng)物和細(xì)菌NOS中相關(guān)蝶呤輔助因子的類型存在差異，而有些細(xì)菌NOS則能結(jié)合其他的蝶呤因子。四氫葉酸酯（H4F）與H4B有同樣的蝶啶環(huán)結(jié)構(gòu)，能在所有細(xì)菌中合成，可作為細(xì)菌NOS天然輔助因子H4B的功能性替代物。例如，bsNOS中既含有H4B也含有H4F，而drNOS結(jié)合H4F時(shí)比H4B更有效[9]。

圖1 NOS催化機(jī)制途徑[10]Fig.1 Catalytic mechanism of NOS[10]

1.2 細(xì)菌NOS的生化特性

1.2.1 細(xì)菌NOS的活性誘導(dǎo)及抑制

經(jīng)過分離純化可以得到具有較強(qiáng)活性的細(xì)菌NOS。將提取得到的粗酶液經(jīng)過Mono Q離子交換、2’5’-ADP-瓊脂糖親和層析和Superdex 200HR凝膠滲透色譜3 步柱層析，最終成功制備得到了純化倍數(shù)為900的NOS，其得率為2.8%[6]。同位素標(biāo)記瓜氨酸形成、基于NO形成的化學(xué)發(fā)光分析法、血紅素結(jié)合法、電化學(xué)分析和熒光分析法等一系列手段均可用于檢測細(xì)菌NOS活性。細(xì)菌NOS的活性變化直接調(diào)節(jié)NO的生成量及其生物學(xué)效應(yīng)。甲醇和過氧化氫（H2O2）對細(xì)菌NOS均有誘導(dǎo)作用，可使其活性顯著增加。

L-精氨酸類似物是最常見NOS抑制劑，它們能與細(xì)菌NOS競爭性結(jié)合。典型的哺乳動(dòng)物NOS抑制劑對純化得到的saNOS具有抑制效應(yīng)，包括氨基胍（amino guanidine，AG）、NG-硝基-L-精氨酸甲酯（NG-nitro-L-arginine methyl ester，NAME）和NG-單甲基-L-精氨酸（NG-monomethyl-L-arginine，NMA）等，這些抑制劑都能以劑量依賴的方式抑制金黃色葡萄球菌NOS活性。

1.2.2 細(xì)菌NOS的光譜特性

人們對細(xì)菌NOS的光譜學(xué)特性進(jìn)行了一系列的研究，包括紫外-可見光譜（ultraviolet and visible absorption spectra，UV-Vis）、拉曼共振光譜（resonance raman，RR）、傅里葉變換紅外光譜（Fourier transform infrared，F(xiàn)TIR）、電子順磁共振（electron paramagnetic resonance，EPR）和電子核雙共振光譜（electron nuclear double resonance，ENDOR）等。對高鐵saNOS的UV-Vis光譜和拉曼共振研究顯示，在生理?xiàng)l件下，以混合自旋狀態(tài)存在。Salard-Arnaud等[8]的實(shí)驗(yàn)也說明bsNOS中血紅素是以五配位高自旋狀態(tài)（5C-HS）和六配位低自旋狀態(tài)（6C-LS）的混合物形式存在，而在室溫下，主要以5C-HS狀態(tài)存在。

1.3 細(xì)菌NOS的基因序列及克隆

細(xì)菌中存在NOS，最令人信服的證據(jù)為其體內(nèi)存在合成NOS的基因序列?；蚪M序列測定結(jié)果顯示，大多數(shù)細(xì)菌的開放閱讀框架中存在編碼類NOS蛋白的基因，它與哺乳動(dòng)物NOSoxy基因序列有高度相似性（圖2）。此外，其中似乎還含有一些H4B的合成基因。測序結(jié)果同時(shí)也說明，革蘭氏陽性菌中不存在編碼細(xì)菌NOS還原酶區(qū)域的基因。

細(xì)菌和真核生物NOS之間存在高度同源性，有約45%的氨基酸是完全相同的，50%～60%是類似的。系統(tǒng)進(jìn)化樹也表明這些同系物具有很高的相似度，幾乎所有的血紅素結(jié)合和活性位點(diǎn)的殘基都是保守的。目前，細(xì)菌NOS已經(jīng)可以進(jìn)行克隆提取，在大腸桿菌中體外表達(dá)以得到有活性的蛋白，并可有效利用大腸桿菌中的還原酶而合成大量的NO[17]。

圖2 幾種典型的哺乳動(dòng)物NOS與細(xì)菌NOS Alignment序列比對Fig.2 Multiple sequence alignments of mammal and bacterial NOS

1.4 細(xì)菌NOS的功能

直至目前，人們尚未完全弄清細(xì)菌NOS的功能。Cohen等[18]第一次研究了馬鈴薯瘡痂鏈霉菌（Streptomyces turgidiscabies）體內(nèi)NOS（stNOS）的功能，結(jié)果顯示，NOS負(fù)責(zé)其植物毒素Thaxtomin的生物合成，能干擾植物細(xì)胞壁合成引起馬鈴薯瘡痂病。它在致病島上的位置和它接近編碼非核糖體肽合成基因的位置（txtA和txtB）極大程度上證明了stNOS與Thaxtomin的硝化作用有關(guān)。因此，研究stNOS能為預(yù)防植物瘡痂病變提供新的思路。此外，研究發(fā)現(xiàn)，drNOS具有硝酸鹽活性，能在體外催化合成少量4-硝基-L-色氨酸[19]。

最新研究表明，一旦芽孢桿菌的NOS基因被破壞，其對氧化損傷會(huì)變得更敏感。NOS催化生成的NO可通過抑制巰基還原酶作用，有效抵抗芬頓反應(yīng)（Fenton reaction）羥基的形成，從而保護(hù)細(xì)胞免受氧化和亞硝化應(yīng)激，并因此減少DNA的損失細(xì)胞凋亡[20]。此外，NO還可用于直接活化特定的芽孢桿菌過氧化氫酶。對金黃色葡萄球菌的研究也得到了類似結(jié)果[21]。由于很多抗生素藥物都是通過提高細(xì)菌的氧化壓力而使細(xì)菌致死，NOS催化產(chǎn)生的內(nèi)源性NO能夠提高細(xì)菌對該類藥物的抗藥性，即NOS活性較強(qiáng)的細(xì)菌具有較強(qiáng)的耐藥性。例如，一株敲除NOS的炭疽芽孢桿菌的變異體，其芽孢感染鼠模型后會(huì)失去它的毒性。因此，可以通過抑制NOS的活性或NOS的轉(zhuǎn)錄量，降低內(nèi)源性NO濃度，從而達(dá)到削弱細(xì)菌的耐藥性，提高現(xiàn)有抗生素藥效的目的[22]。

2 細(xì)菌NOS在食品科學(xué)研究中的應(yīng)用

一些食品中使用的細(xì)菌體內(nèi)可能含有NOS，從而可催化L-精氨酸生成NO。主要有乳酸菌：包括植物乳桿菌（Lactobacillus plantarum）和發(fā)酵乳桿菌（Lactobacillus fermentum）等；葡萄球菌：主要包括木糖葡萄球菌（Staphylococcus xylosus）；以及片球菌（Pediococcus sp.）和青紫色素桿菌（Chromabacterium violaceum）等。

2.1 肉制品呈色

肉類生產(chǎn)中經(jīng)常使用亞硝酸鹽作為腌制劑，但其一直是食物安全性的隱患。過量的亞硝酸鹽攝入易導(dǎo)致高鐵血紅蛋白癥，引起組織缺氧中毒；同時(shí)反應(yīng)過程中生成的亞硝酸是致癌物質(zhì)亞硝胺的前體。近年來，人們逐漸接受一些食用菌作為一類新型、健康和極具潛力的天然食品添加劑替代肉制品中亞硝酸鹽的使用。

亞硝酸鹽作為傳統(tǒng)的肉制品護(hù)色劑，分解后被還原性物質(zhì)作用生成NO，NO與肌肉纖維細(xì)胞中的還原型肌紅蛋白結(jié)合，生成粉紅色的亞硝基肌紅蛋白（nitroso myoglobin，NO-Mb）。對一些肉制品發(fā)酵劑或從肉中分離得到的天然菌株研究發(fā)現(xiàn)，他們具有將高鐵肌紅蛋白（Met-Mb）轉(zhuǎn)換為紅色衍生物的能力，這表明其體內(nèi)可能含有NOS[23]。

在肉類工業(yè)中乳酸菌是公認(rèn)安全的微生物（generally recognized as safe，GRAS）。Arihara等[24]測試了超過1 550 種菌株，發(fā)現(xiàn)其中庫特菌Kurthia sp. K-22、青紫色素桿菌C. violaceum K-28和發(fā)酵乳桿菌L. fermentum JCM1173可在厭氧條件下轉(zhuǎn)化生成紅色的肌紅蛋白衍生物，但只有L. fermentum JCM1173菌株轉(zhuǎn)化生成了NO-Mb。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，由于培養(yǎng)基中未添加亞硝酸鹽，發(fā)酵乳桿菌JCM1173是在無亞硝酸鹽的條件下將Met-Mb轉(zhuǎn)變紅色的NO-Mb的，這表明NO分子是由該菌株發(fā)酵代謝所得，即其體內(nèi)含有NOS。

大量研究表明，某些發(fā)酵乳桿菌體內(nèi)含有NOS，具有轉(zhuǎn)化生成NO分子的能力。Morita等[25]分離得到10 株來源不同，可將Met-Mb轉(zhuǎn)換為NO-Mb的發(fā)酵乳桿菌菌株。這10 株菌株中，L. fermentum IFO 3956具有最強(qiáng)的產(chǎn)NO-Mb能力，菌株細(xì)胞在標(biāo)記有同位素15N的L-精氨酸培養(yǎng)基中將一個(gè)或兩個(gè)終端胍基氮變成15NO。M?ler等[26]進(jìn)一步將L. fermentum JCM1173和L. fermentum IFO3956應(yīng)用到無硝發(fā)酵腸生產(chǎn)中，均獲得了穩(wěn)定的腌肉顏色，證實(shí)這兩株菌均能產(chǎn)NO，從而推測二者體內(nèi)含有NOS：他同時(shí)提出，應(yīng)進(jìn)一步優(yōu)化加工和發(fā)酵條件。Zhang Xue等[27]將L. fermentum AS1.1880應(yīng)用到無硝哈爾濱紅腸的制作中，進(jìn)行適度發(fā)酵。結(jié)果表明，L. fermentum AS1.1880在發(fā)酵的過程中形成了NO-Mb，且NO-Mb生成量隨菌種添加量的增加而增大。當(dāng)發(fā)酵乳桿菌接種量為為108CFU/g時(shí)，其NO-Mb含量與60 mg/kg亞硝酸鹽腌制肉無顯著性差異（P＞0.05），且香腸的風(fēng)味和組織結(jié)構(gòu)沒有受到影響。Luo Zhen等[28]從中式干腌火腿中分離得到7 株乳酸菌，并將新鮮豬肉在經(jīng)超聲破碎后的菌株提取液中浸泡1 min，真空包裝后于4 ℃條件下貯藏。研究發(fā)現(xiàn)在唾液乳桿菌（Lactobacillus salivarius CCTCC M2010374）的提取液中檢測到了NOS活性。經(jīng)過6 d貯藏后，唾液乳桿菌組肉樣具有最高的紅度值，其高鐵肌紅蛋白含量最低。由此可知，唾液乳桿菌中的NOS具有穩(wěn)定新鮮豬肉顏色的作用。

人們對其他乳酸菌NOS也做了大量研究。Kart等[29]從不同來源如生牛乳、無鹽黃油、貝亞斯片、酸奶、泡菜和青貯飼料樣品中分離得到1 534 株乳酸菌，并測定了它們產(chǎn)NO的能力。結(jié)果發(fā)現(xiàn)10 株乳酸菌菌株可將M e t-M b轉(zhuǎn)換為N O-M b，即可產(chǎn)生N O分子。經(jīng)鑒定，其中5 株為植物乳桿菌，3 株為乳酸片球菌，2 株為腸膜狀明串珠菌葡聚糖亞種。研究同時(shí)測定了各菌株產(chǎn)生N O的能力。結(jié)果表明，不僅不同菌種產(chǎn)生N O的能力不同，同一屬的不同菌株間也存在差異。乳酸片球菌（Pediococcus acidilactici）S2組產(chǎn)NO濃度最高，植物乳桿菌L. plantarum T119和乳酸片球菌P. acidilactici S3其次，這3 株乳酸菌均具有很強(qiáng)的產(chǎn)NO能力。此外，Karahan等[30]發(fā)現(xiàn)L. plantarum DSM 9842亦含有類NOS蛋白。

葡萄球菌屬是發(fā)酵香腸常用的發(fā)酵劑。Morita等[31]研究發(fā)現(xiàn)，木糖葡萄球菌S. xylosus FAX-1可將MRS肉湯培養(yǎng)基中Met-Mb轉(zhuǎn)換為六配位的NO-Mb。Li Peijun等[32]從中式發(fā)酵干腸中分離得到木糖葡萄球菌和戊糖片球菌（Pediococcus pentosacous）并將其接種到不添加亞硝酸鹽的MRS肉湯培養(yǎng)基和生肉糜中，觀察二者轉(zhuǎn)化Met-Mb的能力。結(jié)果表明，在培養(yǎng)基中，接種木糖葡萄球菌的樣品具有典型的NO-Mb的特征吸收光譜，體系呈現(xiàn)明亮的粉紅色，與對照組和接種戊糖片球菌組相比，具有更高的a*值（P＜0.05）。在生肉糜中，接種木糖葡萄球菌組的a*值達(dá)到了亞硝酸鹽腌制組相同的效果。進(jìn)一步采用UV-Vis，電子自旋共振和拉曼共振光譜3 種方法分析了生肉糜組中紅色衍生物的成分，結(jié)果表明，木糖葡萄球菌轉(zhuǎn)化高生成了五配位的NO-Mb，進(jìn)而表明木糖葡萄球菌具有產(chǎn)生一氧化氮的NOS。

2.2 肉制品嫩度

有研究表明，NO對屠宰后肉的嫩度有改善作用。Cook等[33]向宰后2 h并去骨的熱牛肉背最長肌中注射NO供體作為增強(qiáng)劑，并在隨后2～6 d的成熟期間，觀察到了肉嫩度的顯著增強(qiáng)。研究同時(shí)發(fā)現(xiàn)，向肉中注射NOS抑制劑會(huì)使肉硬度增加，這主要是由于NO通過調(diào)節(jié)鈣蛋白酶、組織蛋白酶和肌漿網(wǎng)中的Ryanodine受體通道，導(dǎo)致內(nèi)質(zhì)肌漿釋放其中的鈣離子ATP酶引起的。這與Cottrell等[34]的實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。因此，利用產(chǎn)NOS的發(fā)酵劑菌種生產(chǎn)發(fā)酵肉制品，細(xì)菌NOS催化合成的NO可用于改善發(fā)酵肉制品的嫩度品質(zhì)。

2.3 抑菌和抗氧化作用

細(xì)菌NOS催化生成的NO具有抑菌作用，可用于提高食品安性。研究表明，NO分子能抑制芽孢桿菌、金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的生長[35]，這主要是由于NO與鐵硫化合物反應(yīng)形成鐵-亞硝酰化物，后者的存在導(dǎo)致了諸如鐵氧化還原蛋白等Fe-S-NO復(fù)合物的破壞[36]。而Fe-S蛋白在需氧和厭氧細(xì)菌的能量代謝中都有重要作用，因此推斷其是NO和相應(yīng)復(fù)合物抑菌作用的靶目標(biāo)。此外，NO還可與RNA的還原酶是相關(guān)位點(diǎn)結(jié)合，以及攻擊鋅指類型（zinc fi nger-type）的DNA連接蛋白，影響到基因的調(diào)節(jié)作用，從而起到抑菌作用[37]。

在奶酪生產(chǎn)過程中，會(huì)丁酸梭狀芽孢桿菌（Clostridium butyricum）發(fā)酵產(chǎn)氣會(huì)導(dǎo)致奶酪中產(chǎn)生大的孔洞，造成質(zhì)量缺陷。Beresford等[38]將亞硝酸鹽應(yīng)用于奶酪生產(chǎn)中，以抑制兩種細(xì)菌的生長。研究同時(shí)發(fā)現(xiàn)，它對包括生孢子梭狀芽孢桿菌（Clostridium sporogenes）和產(chǎn)氣莢膜梭菌（Clostridium perfringens）在內(nèi)的其他梭狀芽孢桿菌也有較好的抑制效果。究其原因，正是由于NO分子與上述細(xì)菌體內(nèi)丙酮酸-鐵氧化還原蛋白酶的非血紅素鐵形成了復(fù)合物導(dǎo)致的。

此外，NO作為自由基受體，自身也具有抗氧化特性，可穩(wěn)定不飽和脂質(zhì)。在相同體系中，半胱氨酸-Fe2+具有很強(qiáng)的氧化性，可以促使β-胡蘿卜素發(fā)生氧化，但半胱氨酸-Fe-NO不能[39]。因此，利用細(xì)菌NOS催化合成NO，可以作為食品中的抗氧化劑發(fā)揮作用。

2.4 益生作用

Bengmark等[40]認(rèn)為具有催化L-精氨酸產(chǎn)生NO的益生乳桿菌在人類健康中起重要作用。植物乳桿菌作為益生菌具有分解L-精氨酸的功能，它不能降解除酪氨酸和L-精氨酸外的其他氨基酸，但卻有6 條途徑利用L-精氨酸，且每一條途徑都有NO生成。尤其在厭氧貯藏的食品中，植物乳桿菌會(huì)逐漸發(fā)展成為優(yōu)勢菌。

L-精氨酸是胃腸（gastrointestinal，GI）途徑中最重要NO供體。GI途徑中由NOS釋放的NO與一系列重要的功能有關(guān)，如抑菌作用、黏液分泌髓鞘形成、活力調(diào)節(jié)和內(nèi)臟血液循環(huán)。胃中的L-精氨酸經(jīng)NOS催化，產(chǎn)生的NO能有效控制白色念珠菌（Candida albicans）、大腸桿菌（Escherichia coli）、志賀桿菌（Shigella sp.）、沙門氏菌（Salmonella）和幽門螺旋桿菌（Helicobacter pylori）的生長。研究表明，人類特性的L. plantarum strains 299和299V，對黏膜的黏連性有保護(hù)作用，能夠建立起生物保護(hù)盾以防止病原微生物的過度生長以及大腸桿菌內(nèi)毒素的進(jìn)入[40]。這一功能是通過L-精氨酸產(chǎn)NO途徑實(shí)現(xiàn)的，因此由益生菌NOS催化的反應(yīng)對人體健康有重要作用。

3 結(jié) 語

全基因組測序的應(yīng)用大大加速了細(xì)菌NOS的探索。細(xì)菌NOS的研究使我們對NO在原核生物中的合成和功能有更多的了解，提出了一些理論上關(guān)于NO生化反應(yīng)有趣的問題。細(xì)菌NOS將繼續(xù)作為一個(gè)易于研究的課題揭示NO合成的詳細(xì)機(jī)理。此外，細(xì)菌NOS的研究定會(huì)揭示NO在微生物中其他的生化途徑和新功能。我們希望發(fā)現(xiàn)NOS在化學(xué)和生物上新的一面。

目前，已有一些關(guān)于細(xì)菌NOS在食品科學(xué)研究中的報(bào)道。然而，食品基質(zhì)中NO的具體產(chǎn)生途徑仍不明確，另外，如何實(shí)現(xiàn)產(chǎn)NOS菌株工業(yè)化的問題目前仍是食品工業(yè)中需要迫切解決的問題。此外，還應(yīng)考慮產(chǎn)NOS菌株的安全性和對食品品質(zhì)的影響問題，例如如何利用穩(wěn)定而可控的方法產(chǎn)NO，以及評估含有NOS菌株作為食品發(fā)酵劑對人類健康的影響等[41]。

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Bacterial Nitric Oxide Synthase and Its Application in Food Science: a Review

LUO Hui-ting1, KONG Bao-hua1,*, LI Pei-jun1,2, LI Mu-zi1
(1. College of Food Science, Northeast Agricultural University, Harbin 150030, China; 2. School of Biology and Food Engineering, Hefei University of Technology, Hefei 230009, China)

Nitric oxide synthase (NOS) is a regulatory enzyme ubiquitous in mammals that has an important catalytic function in producing nitric oxide. Its presence in bacteriahas been detected in recent decades. This paper summarizes the structure, biochemical characteristics and biological functions of bacterial NOS. Meanwhile, the application of bacterial NOS in food science is also discussed. Moreover, the future research and development trends are proposed.

nitric oxide synthase; bacteria; food science; application

TQ920.1

A

1002-6630（2014）17-0266-06

10.7506/spkx1002-6630-201417051

2013-09-21

國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（31271897）；“十二 五”國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2012BAD28B02）

羅慧婷（1990—），女，碩士，研究方向?yàn)槿馄芳庸づc貯藏。E-mail：luohuiting900427@gmail.com

*通信作者：孔保華（1963—），女，教授，博士，研究方向?yàn)樾螽a(chǎn)品加工。E-mail：kongbh@163.com