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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/