β-甘露聚糖酶的结构、异源表达及应用.pdf
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1、 收稿日期:作者简介:李双娇()女内蒙古兴安盟人硕士研究生研究方向:酶工程.通讯作者:赵静:.肖蓉:.辽宁大学学报 自然科学版第 卷 第 期 年 .甘露聚糖酶的结构、异源表达及应用李双娇赵 静肖 蓉(.辽宁师范大学 生命科学学院辽宁 大连.大连知微生物科技有限公司辽宁 大连)摘 要:甘露聚糖酶()是一种来源较为广泛的半纤维素水解酶类能够通过分解 糖苷键从而将甘露聚糖类水解为甘露寡糖被广泛应用于饲料加工、食品、造纸以及石油开采(压裂破胶)等领域.本文对 甘露聚糖酶的来源、性质、结构、异源表达及应用的研究现状进行了总结与讨论以期为今后 甘露聚糖酶的应用奠定一定的基础.关键词:甘露聚糖酶来源与性质结
2、构表达应用中图分类号:.文献标志码:文章编号:()(.):.().:引言 甘露聚糖酶()又称、广泛分布于动物、植 物和微生物中.现阶段报道的 多数为细菌(如芽孢杆菌()和弧菌()、真菌(如曲霉()和木霉()来源.由于微生物来源的 普遍具有活性高、产量大、易分离纯化等特点并且比动物、植物来源的 具有更好的稳定性及更广泛的 作用范围因此微生物来源的 已经被广泛应用于基础理论研究和工业生产领域.的来源及性质根据报道不同微生物来源的 具有不同的性质.不同细菌来源如枯草芽孢杆菌()和大肠杆菌()的 其等电点、分子量、最适反应、最适反应温度及底物专一性等性质都有所差别.就分子量来说不同微生物来源的 分子量
3、之间的差异非常大如来源于热纤维梭菌()的 的 分 子 量 只 有 而 来 源 于 多 糖 热 厌 氧 杆 菌()的 的分子量则为 .此外真菌来源的 通常表现出较强的嗜酸性.如来源于嗜松青霉菌()的 的最适反应 为.而来源于曲霉菌()的 的最适反应 则为.与真菌相比细菌来源的 通常具有比较宽泛的 作用范围在弱酸性和碱性环境中均具有较强的酶活力.如来源于肠杆菌属(.)菌株的 可在 为 的条件下保留超过 的初始酶活力来源于短小芽孢杆菌()的 在 为 的条件下也具有较强的酶活力.由此可知细菌来源的 比真菌来源的 的 作用范围更为广泛.研究显示多数 的最适反应温度约为 少数嗜热的 在温度高于 时且在一定
4、时间范围内酶活力仍具有初始酶活力的 以上.例如 等从白曲霉 菌株中分离得到一种嗜热和嗜酸的 其最适反应温度为 最适 为.除此之外 还对多种重金属离子比较敏感.不过同一种金属离子对不同来源的 的作用效果可能是完全不同的.甚至同一金属离子在不同的浓度条件下对同一种 的作用结果也可能不同.例如 年杨苗研究发现 对路氏肠杆菌()来源的 具有激活作用而 年冯娜研究发现 对枯草芽孢杆菌 菌株来源的 的活性则具有较弱的抑制作用.的结构根据 的三维结构、氨基酸序列的一致性以及催化机制等信息研究者们将 分为 个家族:糖苷水解酶家族()、及 各家族成员代表序列及结构域信息详见表.真菌源的 多数分布在 家族而在 家
5、族中相对较少细菌源的 则在 和 家族中均有分布.和 家族分别是 年和 年新认定的甘露聚糖酶家族.目前来自 和 家族 的 较 少 如 等和 等分 别 在 嗜 酸 热 脂 环 酸 杆 菌()和木糖双歧杆菌()中得到了归属于糖苷水解酶 家族的 .而隶属于 家族的 主要来源于链霉菌 辽宁大学学报 自然科学版 年 (.)、构巢曲霉()和米曲霉().尽管、和 家族成员的催化结构域序列具有差异但其催化结构域的空间结构均为 (/)桶状结构并且保留酸碱催化机制.家族成员嗜热 来源于褐热单孢菌()其空间结构由 个 折叠和 个 螺旋交替排列构成.个 折叠片段排列在一起构成了一个桶状结构而 个 螺旋则围绕在桶状结构的
6、外围形成了桶状结构的桶底.在桶状结构的第 和第 个 折叠片段的 末端分布着两个氨基酸催化活性位点(谷氨酸或天冬氨酸)其中一个为酸碱催化位点另一个为亲核催化位点.而来自 家族的 的三维结构和催化机制则与上述 个家族不同.家族的 催化机制遵循立体翻转机制催化基团为谷氨酸()或天冬氨酸()其结构类似于卵清溶菌酶.表 糖苷水解酶家族(、和)的氨基酸序列及结构域家族序列及结构域 结构域:桶状结构:.结构域:.结构域:桶状结构:、.结构域:、:除了具有催化作用的 桶状结构外大部分 还含有非催化结构域即无催化活性却具有结合活性的结构域.其中碳水化合物结合模块()是 携带的、典型的非催化结构域.其不仅对糖苷水
7、解酶的稳定性起到积极的作用还能够促进酶对特定底物的识别或对底物某个区域的识别以提高酶的催化效率并增强其对底物的 第 期 李双娇 等:甘露聚糖酶的结构、异源表达及应用 特异性.通常 催化结构域和非催化结构域之间由一个连接子连在一起.年 等研究发现盐桥可通过固定活性位点保持 家族成员 ()的生物活性以抵抗热变性.这说明盐桥对 的动力学稳定性具有促进作用.同年雍婕等发现色氨酸 和 位点突变的 几乎完全失活由此可知色氨酸是维持 酶活所必需的氨基酸.的异源表达由于培养条件和酶产量不同微生物来源 的活力均有所不同.大量研究显示微生物来源的 绝大部分为胞外诱导酶这有利于该酶的分离和纯化.不过遗憾的是在所有细
8、菌来源的 中原始菌株的表达量和酶活力通常不高.尽管有研究报道芽孢杆菌属 产量较高但是其产量也远远达不到工业用量的标准.因此异源表达由于其具有产酶量高、且易于纯化等特点而被广泛用于 的生产是提高 产量常用的方法.早在 年 等将来自嗜碱芽孢杆菌(.)菌株中的两个 基因转化至大肠杆菌中表达并获得了具有生物活性的重组 .目前大多数研究采用原核表达体系来表达 主要以大肠杆菌和芽孢杆菌为宿主细胞而少数研究采用真核表达体系多以毕赤酵母为宿主细胞.这主要是因为在流程上原核表达体系比真核表达体系更容易操作方法简单且表达量高而真核表达体系通常步骤较多蛋白表达量低大量生产成本高且时间长.不过 在原核表达体系中多以包
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