糖化酶的研究進(jìn)展及趨勢(shì)

劉斌

摘要：本文論述了糖化酶菌的多型性、分子結(jié)構(gòu)、糖化酶基因工程以及酶的性質(zhì)和對(duì)糖化酶研究的未來(lái)趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：糖化酶；多型性；分子結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)基因

糖化酶是一種習(xí)慣上的名稱，學(xué)名為α-1，4-葡萄糖水解酶（α-1，4-Glucan glucohydrolace）。常用名為葡萄糖淀粉酶和淀粉葡萄糖苷酶，縮寫為GA，是一系列微生物分泌的，具有外切酶活性的胞外酶，從淀粉的非還原性未端依次水解α-1，4糖苷鍵，切下一個(gè)葡萄糖單元，并像β-淀粉酶一樣。使水解下來(lái)的葡萄糖發(fā)生構(gòu)型變化，形成β-D-葡萄糖。對(duì)于支鏈淀粉，當(dāng)水解到分支點(diǎn)時(shí)，一般先將α-D-1，6糖苷鍵斷開(kāi)，然后繼續(xù)水解，所以能將支鏈淀粉全部水解成葡萄糖，糖化酶也能微弱水解α-D-1，3糖苷鍵，但水解α-D-1.4糖苷鍵的速度最快。

一、糖化酶多型性的研究

20世紀(jì)80年代，對(duì)于糖化酶的研究發(fā)展極快。主要集中于糖化酶的菌株的分離及其純化工作，長(zhǎng)期研究證明，糖化酶在微生物中的分布很廣，在工業(yè)中應(yīng)用的糖化酶主要從黑曲酶，米曲霉，根酶等絲狀真菌和酵母中獲得。同時(shí)也存在于人的唾液，動(dòng)物的胰腺及細(xì)菌中，已報(bào)道的產(chǎn)糖化酶的真菌微生物有23個(gè)屬35個(gè)種，細(xì)菌有3屬3種。

真菌產(chǎn)糖化酶組分是常見(jiàn)的，中科院微生物研究所對(duì)紅曲酶Ass.3491的糖化酶進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)其糖化酶具有多型性，將其中的2個(gè)主要的分子型酶E3和E4進(jìn)行比較，其氨基酸組成相似，差別最大的是絲氨酸，兩型酶都是糖蛋白，含糖量稍有差別，E3為70%，E4為90% 。其組成單糖以甘露糖為主，其次是半乳糖。還有痕量的木糖和葡萄糖。One等利用固相Acar-bose柱從市售糖化酶CA.nigre中分離出六種活性組分，每種活性組分均可從可溶性淀粉中釋放出單一的β-D-葡萄糖終產(chǎn)物，這六種組分的相對(duì)分子質(zhì)量.沉降系數(shù).化學(xué)組分.等電點(diǎn).酶的動(dòng)力學(xué)及其他的性質(zhì)上的差異。但從Moncicus.sp.No.3403中分離出兩種組分電泳和超離心結(jié)果還明確有同質(zhì)性，相對(duì)分子質(zhì)量，碳氮含量，最適PH。最低溫度及Km值非常接近。Takahashi認(rèn)為Rhizopas sp的多型性糖化酶之間的差別是翻譯后修飾的結(jié)果，即分子量較小的糖化酶分子。分子量較大的糖化酶被蛋白酶作用后也有影響。有研究者認(rèn)為：天然的糖化酶在微生物的培養(yǎng)或酶的制備中可能受葡萄糖苷酶和蛋白酶作用，而產(chǎn)生不同類型的糖化酶。

二、糖化酶分子結(jié)構(gòu)的研究

糖化酶是一種含有甘露糖，葡萄糖，半乳糖和糖醛酸的糖蛋白，分子量在60000-1000000間，通常碳水化合物4%，但糖化酵母產(chǎn)生的糖化酶碳水化合物高達(dá)80%，這些碳水化合物主要是半乳糖，葡萄糖葡萄糖胺和甘露糖，Hyun.HH等報(bào)道A.saitoi糖化酶GAM1中糖蛋白含有18%，中性糖和0.77%的葡萄糖胺，其分子量達(dá)90000，N端氨基酸都是同一氨基酸-丙氨酸。方善康等對(duì)黑曲霉S4分離純化得到糖化酶三個(gè)組分，均為酸性糖蛋白，其含糖量分別為11.68%，8.6%，3.6% 糖化酶中糖與蛋白質(zhì)的連接方式有N-和O-兩種。

三、糖化酶基因結(jié)構(gòu)的研究

Boel等首先從黑曲霉的染色體文庫(kù)中分離出糖化酶基因，他含有五個(gè)內(nèi)含子，而泡盛曲霉中含有四個(gè)內(nèi)含子，兩種微生物都分泌糖化酶GA1，GA2，兩種酶都由單一的基因編碼，有相類似的氨基酸未斷氨基酸序列，在一級(jí)結(jié)構(gòu)和碳端序列長(zhǎng)度上稍有不同。Toshihiko等構(gòu)建了水解生淀粉的黑根酶基因。包含四個(gè)內(nèi)含子序列。該酶由604個(gè)氨基酸組成，并包含一個(gè)假定的信號(hào)肽。L.L.lin等將泡盛曲霉糖化酶基因通過(guò)整合轉(zhuǎn)入酵母的染色體中，獲得了該糖化酶基因，在釀酒酵母的表達(dá)。Dohmen等將sc.acidentalis的糖化酶基因通過(guò)啟動(dòng)子置換轉(zhuǎn)入釀酒酵母的染色體中，獲得了該糖化酶的高效分泌。唐國(guó)強(qiáng)等把黑曲霉糖化酶高產(chǎn)菌株T21合成的糖化酶CDNA經(jīng)5端和3端改造，克隆到酵母質(zhì)粒YD18上，轉(zhuǎn)化釀酒酵母。實(shí)驗(yàn)證明，酵母的可因子啟動(dòng)子和分泌信號(hào)序列能促使黑曲霉糖化酶CDNA在酵母中表達(dá)和分泌。

四、糖化酶的應(yīng)用研究和展望

糖化酶是工業(yè)應(yīng)用最廣泛的酶類之一，除了利用糖化酶水解淀粉為葡萄糖而用于制糖業(yè)外，現(xiàn)在人們?cè)絹?lái)越多地開(kāi)發(fā)糖化酶的新型用途。在釀酒工業(yè)中也有廣泛的應(yīng)用，傳統(tǒng)白酒生產(chǎn)用曲中微生物是依靠自然界帶入的，未經(jīng)篩選，糖化力低、耐酸、耐熱性都很差。糖化酶作用的PH范圍為3.0～5.5，最適作用范圍4.0～4.5，這使的白酒釀造過(guò)程中酸度不斷增加，適宜發(fā)酵，使糧釀入酵后發(fā)酵升溫快，幅度大，提高原料出酒率，縮短發(fā)酵周期。降低生產(chǎn)成本。在食用醋生產(chǎn)中，應(yīng)用TH.AATY和糖化酶，可以解決企業(yè)自制酒母質(zhì)量不穩(wěn)定和生產(chǎn)難等困難，所以糖化酶將被應(yīng)用于更廣闊的空間。

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