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木聚糖酶的研究进展及其应用

付冠华;李端;周晨妍;丰慧根

【摘要】Theapplicationstatusandresearchfocusofxylanasein

feed,food,papermakingandenergyfieldsweresummarized,andits

applicationprospectwasforecasted.%综述了木聚糖酶在饲料、食品、造纸及

能源等领域的应用现状与研发热点,展望了木聚糖酶的应用前景.

【期刊名称】《安徽农业科学》

【年(卷),期】2011(039)035

【总页数】3页(P21566-21568)

【关键词】木聚糖酶;催化机制;基因克隆

【作者】付冠华;李端;周晨妍;丰慧根

【作者单位】新乡医学院生命科学技术系,河南省医学遗传学与分子靶向药物高校

重点实验室培育基地,河南新乡453003;新乡医学院生命科学技术系,河南省医学遗

传学与分子靶向药物高校重点实验室培育基地,河南新乡453003;新乡医学院生命

科学技术系,河南省医学遗传学与分子靶向药物高校重点实验室培育基地,河南新乡

453003;新乡医学院生命科学技术系,河南省医学遗传学与分子靶向药物高校重点实

验室培育基地,河南新乡453003

【正文语种】中文

【中图分类】S132

木聚糖(Xylan)是植物半纤维素的主要成分，是除纤维素外自然界中存在的最丰富

的多糖。木聚糖酶广泛存在于动物、植物和微生物中，该酶通常以随机方式作用于

木聚糖主链，将其降解为低聚木糖和木糖。广义的木聚糖酶是指能够降解半纤维素

木聚糖的一组酶的总称，包括多种内切酶和外切酶。但通常所说的木聚糖酶仅限于

内切β-1，4-D-木聚糖酶(endo-β-1，4-D-xylanase)［EC.］，该酶是木

聚糖降解酶系中最关键的酶，也是目前木聚糖酶研究的热点［1-3］。

1木聚糖酶的研究进展

国际上有关微生物木聚糖酶的诱导与调节机理，酶的提纯、鉴定方法，以及木聚糖

酶基因分子的克隆与表达研究较多。我国有关木聚糖酶的研究起步较晚，且主要是

对海枣曲霉、黑曲霉、木霉菌、青霉菌等真核微生物和短小芽孢杆菌、串珠链孢菌、

链霉菌、环状芽孢杆菌、碱性假单胞菌等原核微生物木聚糖酶的研究。由于木聚糖

酶具有重要的研究和应用价值，所以目前越来越多的科研人员致力于木聚糖酶的开

发与应用研究，如选育高产菌株、构建工程菌、优化培养条件等。目前，我国对木

聚糖酶的研究大多停留在产酶菌株的筛选、酶的纯化和酶学性质研究等方面，很少

涉及木聚糖酶的分子生物学研究。

1.1结构研究不同生物来源的木聚糖酶的理化特性、结构、催化模式和底物特异

性等均不同。根据催化结构域的氨基酸组成，大部分木聚糖酶属于F/10和G/11

两大家族。G/11木聚糖酶多为单结构域，相对分子质量较小，催化产物中寡聚糖

较多，而单糖较少，酶的最适作用温度为50～60℃，酶的空间结构呈“右手半握

状”。F/10木聚糖酶则含有较多结构域，不仅具有催化结构域，而且还有纤维素

结合结构域(CelluloseBindingDomain:CBD)，相对分子质量较大，催化产物中

单糖较多，最适作用温度为60～80℃，酶的空间结构呈“碗状”［4］。与G/11

家族相比，F/10家族木聚糖酶在耐高温、耐酸和耐碱等方面更具优越性。在密码

子偏好性方面，F/10木聚糖酶基因的密码子以“a”碱基为主，而G/11家族以

“g/c”碱基为主［5］。

1.2诱导和调节机理研究木聚糖酶为诱导性表达酶。但近年来的研究表明，可产

生木聚糖酶的微生物在没有外源诱导物的情况下可普遍微量组成性表达木聚糖酶。

木聚糖酶诱导过程复杂，各种诱导物的诱导效果差异较大，即便是同一诱导物，其

诱导效果也不同，如木糖可诱导Bacilluspumilus高效表达木聚糖酶，但在

Cryptococusalbidus中，木糖却抑制木聚糖酶表达。一般而言，木聚糖酶的诱导

物为木聚糖、木糖、木二糖、木三糖及其他小分子寡糖。Penicilliumjan

thinellumCRC87M-115以10%～15%(w/w)的葡萄糖作为碳源时，60%～90%

的木聚糖酶活力受到抑制。而在培养基中添加低浓度乳糖(＜25mmol/L)后，

Thermotogamaritima的木聚糖酶基因工程菌JM109(DE3)/pET-20b-XynB的