甲壳素的酶水解机理及动力学.pdfVIP

甲壳素的酶水解机理及动力学+ The Reaction Mechanismand of Kinetics Chitin／Chitosan with Degradation Hydrolysaes 夏文水苏畅 (江南大学食品学院，无锡2[4036) 摘要甲壳素和壳聚糖不仅可被甲壳素酶、壳聚糖酶和溶菌酶水解，还可以被一些包括蛋白肆、脂 肪酶和其他糖酶的非专一性酶水解，甚至有些酶的水解更加有效．了解这些酶对甲壳素和壳聚糖解聚 的作用机理和动力学，对于开发甲壳素和壳聚糖在食品、化工、生物技术、医药、农业等领域中的应 用具有重要意义．本文详细介绍了近年来国外研究人员对这些酶进行深入研究所取得的新进展． 关键词甲壳素／壳聚糖、酶水解、反应机理、1动力学 )l ‘尚、 ‘3{L地t／ O前言 、一／ D一氨基葡萄糖通过13—1，4糖苷键连接而成的高分子聚合物，甲壳素脱乙酰基后的产物被称为壳聚糖 (Chitosan)。甲壳素和壳聚糖作为一类可再生和可生物降解的物质以及它们在食品、化工、生物技术、 医药、农业等领域中的应用，在过去的二十多年来受到广泛的研究。但由于这类多糖不溶于水，在人 体内难以被消化吸收，使应用受到了限制。因此，将甲壳紊和壳聚糖大分子水解为水溶性的甲壳低聚 糖，已成为甲壳素研究的一个重要方面。特别是近几年来，研究表明甲壳低聚糖具有很高的调节免疫、 抗肿瘤、抗菌等多方面的生理活性，可被人体、动物和植物吸收，使酶法水解甲壳素或壳聚糖的研究 成为甲壳素领域的热点。据报道，甲壳素和壳聚糖除被甲壳素酶、壳聚糖酶和溶菌酶降解外，还有大 量的商业酶制剂包括葡萄糖酶、蛋白酶、脂酶、纤维素酶、淀粉酶、半纤维索酶和果胶酶等37种酶都 能在室温及相对较低的pH值(pH3．3q．5)下有效地水解壳聚糖【11． 弄清楚这些酶对甲壳素和壳聚糖解聚的作用机理，对于我们更好地了解这些酶的性质和指导甲壳 低聚糖包括单糖的生产以及了解甲壳素和壳聚糖在人体内的代谢和消化吸收有着重要的意义。 本文以下主要介绍国外近年来在甲壳素酶学这方面的研究进展． 1甲壳素薯和壳聚糖酶 甲壳素酶(EC 范围在4．0-,．6．8，底物专一性也很窄【”。 在甲壳素酶水解甲壳素的过程中，固态甲壳素被甲壳素酶随机地切断，生成水溶性的较高聚合度 ‘教育部高等学校骨干教师资助计划资助 低聚糖，并立即被溶液中的酶水解，主要产物是双糖。甲壳素酶水解甲壳素时，水解部位是无规则的， 而在均态下，如果以壳聚糖作为底物，水解部位可以是规则韵，可获得较高聚合度的低聚糖。因为壳 聚糖具有部分N．乙酰氨基葡萄糖残基，而甲壳素酶能识别N．乙酰氨基葡萄糖残基，所以生成的水解产 物是由氨基葡萄糖和乙酰氨基葡萄糖组成的七糖，它们可以通过乙酸酐的乙酰化作用转化为甲壳低聚 糖[6l。 甲壳素酶的水解速率随乙酰化度的增加而增加。但它不水解氨基葡萄糖序列口1。在以前的研究中发 现，从高乙酰化度的部分N一乙酰化壳聚糖锕得的低聚塘聚合度低，而从低乙酰化度的部分N．乙酰化壳 聚糖制得的是高聚合度的低聚糖倒。 由于大多数的碳水化合物酶尽管在三级结构及酶底结合部位的局部构型上有着很大的差异，但它 酶作用模式的阐述方式，在比较甲壳紊酶与溶菌酶的底物专一性后，提出了一个六个活性部位(A--F) 的假设，其中二个部位(A和B)对六糖的亲和力弱于其它几个部位，糖苷键在D和E之间断裂。 通常，用甲壳低聚糖及它们的还原或甲基化衍生物来阐明甲壳素酶的结合方式和作用模式m1。Hara 等人用不同的部分0一甲基化二糖研究甲壳素酶的底物结合方式，发现还原端糖环的c．6羟基及非还原 端糖环的C-3和C-4