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β-甘露聚糖酶研究进展
时间:2010-09-1611:53来源:作者:点击:次

甘露聚糖是由β-1，4-D-吡喃甘露糖连接而成的线状多聚体，是半纤维素的第二大组分，广泛存在于自然界中，它是多种植物细胞壁的主要组成成分。甘露聚糖在许多植物性饲料原料中含量很高，如豆粕中半乳甘露聚糖占非淀粉多糖含量的22.7%、小麦为11.9%、菜籽粕为19.6%、麸皮为33.7。研究表明，甘露聚糖影响动物对营养物质的利用，是一种抗营养因子。β-甘露聚糖酶是水解以β-1，4-D-吡喃甘露糖为主链的甘露寡糖、甘露多糖(甘露聚糖、葡萄甘露聚糖、半乳甘露聚糖)的内切水解酶，在饲料工业中作为一种绿色饲料添加剂，用于消除β-甘露聚糖的抗营养作用。本文从β-甘露聚糖酶的来源、提纯方法、酶学性质、作用机理及应用等方面，对β-甘露聚糖酶做一简要介绍。
1β-甘露聚糖酶的来源
β-甘露聚糖酶在自然界中广泛存在，在动物(如海洋软体动物)、发芽植物的种子中(如长角豆、瓜豆、芦笋、番茄、胡萝卜等)和微生物中均有所发现，其中微生物是β-甘露聚糖酶的主要来源。细菌、真菌和放线菌中均有多种是产β-甘露聚糖酶的常见类群，如细菌中的芽孢杆菌、假单胞菌、弧菌，真菌中的曲霉、木霉、酵母、青霉、多孔菌、核盘菌，放线菌中的链霉菌等。对于合成β-甘露聚糖酶的微生物研究较多的是枯草芽孢杆菌、曲霉菌、里氏木霉菌及链霉菌等。目前，应用于工业生产β-甘露聚糖酶的菌种也多为芽孢杆菌、曲霉、酵母等。微生物来源的β-甘露聚糖酶具有许多优点，如酶活性高、生产成本低、提取方便，具有pH、温度作用范围广以及底物专一性较高等特点。不论在工业生产还是理论研究中，微生物来源的β-甘露聚糖酶均已得到了广泛应用。
2β-甘露聚糖酶的分离纯化及酶学性质
2.1分离纯化目前关于动、植物以及微生物中甘露聚糖酶的研究大多集中在对酶的分离、纯化、理化性质、对其降解产物的鉴定以及对应编码基因的克隆表达上。甘露聚糖酶的纯化对于进行详细的生化及分子生物学研究和测定其氨基酸序列及三维结构都是必需的。
甘露聚糖酶的纯化基于多种程序的组合，如超滤、硫酸铵沉淀、凝胶过滤、疏水相互作用以及离子交换层析等。对于纯化方法的选择往往是通过经验和实验室研究习惯进行的。从黑曲霉中纯化β-甘露聚糖酶主要分为3个步骤：硫酸铵沉淀、亲和层析、离子交换层系和凝胶过滤层析。Stalbrand运用离子交换层析和亲和层析色谱聚焦从里氏木霉(Trichodermareesei)中提纯得到了β-甘露聚糖酶。嗜热杆菌Thermotoganeapolitana5068中稳定的α-半乳糖苷酶和β-甘露聚糖酶则是通过离子交换、疏水相互作用和凝胶过滤色谱等方法相结合获得的。从贻贝(贝壳类)消化道中分离的2种甘露聚糖酶是运用其亲和性、凝胶过滤和离子交换等方法相结合而获得的。用超滤和色谱从T4木霉菌株中可获得同质的胞外甘露聚糖酶。而提纯得到同质的β-甘露聚糖酶，对于酶的分子生化方面的研究、氨基酸序列的测定以及三维结构的研究都是必要的。
2.2酶学性质近年来，随着对自然界半纤维素资源的开发和饲料中甘露聚糖抗营养因子研究的深入，甘露聚糖酶的分子生物学的研究电逐渐展开。有关β-甘露聚糖酶酶学性质研究的相关报道也很多，从这些报道中可以看出，从不同微生物提取液中提取的甘露聚糖酶的酶学性也各不相同。
韦跃华等从里氏木霉(T.reesei)基因组中克隆到一种β-甘露聚糖酶基因，转化到毕赤酵母的基因组中，用甲醇诱导该基因表达后，摇瓶发酵结果表明，培养基中甘露聚糖酶的活力可达12.5IU/mL。重组酶最适pH和最适反应温度分别为5.0℃和80℃，在pH5.0～6.0时酶活稳定，在pH5.4时70℃保温30min酶活维持50%以上。
谭秀华等还通过功能平板从土壤中筛选得到含甘露聚糖酶基因的耐碱菌株，构建其基因组文库并从中克隆到一种β-甘露聚糖酶基因，通过序列分析，该酶与GenBank发表的β-甘露聚糖酶的氨基酸序列的同源性均低于60%，是一种新型β-甘露聚糖酶。构建该基因的毕赤酵母表达重组子，获得了该酶的诱导表达。对酶学性质进行分析，其最适反应温度为55℃，最适pH为7.5，以魔芋粉为底物所测得的最高酶活为41.8U/mL，半衰期为1h。在80℃保温5min其酶活下降到11%，温度下降到55℃后活性可恢复到最初酶活的60%以上。
从几种微生物中提取的甘露聚糖酶的理化性质见表1（略），通过SDS-PAGE电泳和凝胶层析测定证明这些酶是以单体的形式存在。
总的来说，甘露聚糖酶的最适pH3.0～7.5、最适温度在45～92℃之间。一种来自硫色曲霉的甘露聚糖酶的最适催化pH为2.4，在已知甘露聚糖酶中最低。通过在不同的温度下水浴10min到8h可知，各种甘露聚糖酶的耐热性也各不相同。它们中也有不同的动力学参数