微生物多糖的研究进展样本

微生物多糖的研究进展

生命科学技术学院08级2班杜长蔓

摘要: 就微生物多糖的种类, 生物合成、提取与纯化、实现了工业化的微生物多糖及其应用进行了综述, 展望了微生物多糖开发利用的前景。微生物多糖主要指大部分细菌、少量的真菌和藻类产生的多糖。微生物多糖由于具有安全性高、副作用小、理化特性独特等优点而使其在食品和非食品工业备受关注,特别在医药领域具有巨大的应用潜力。微生物多糖在细胞内主要有三种存在形式: ①黏附在细胞表面上,即胞壁多糖; ②分泌到培养基中,即胞外多糖; ③构成微

生物细胞的成分,即胞内多糖。而其中的胞外多糖具有产生量大、易于与菌体分离、可经过深层发酵实现工业化生产。一般微生物多糖的生产主要是利用淀粉为碳源,经过微生物的发酵进行生产,也有经过利用微生物产生的酶作用制成的。能够产生微生物胞外多糖的微生物种类较多,可是真正有应用价值并已进行或接近工业化生产的仅十几种。近几年,随着对微生物多糖研究的深入,世界上微生物多糖的产量和年增长量在10 %以上,而一些新兴多糖年增长量在30 %以上。到当前为止,已大量投产的微生物胞外多糖有黄原胶(Xant han gum) 、结冷胶

( Gellan gum) 、小核菌葡聚糖(Scleeroglucan) 、短梗霉多糖( Pullulan) 、热凝多糖(Curdlan) 等。微生物多糖和植物多糖相比较具有以下优势:①生产周期短,不受季节、地域、病虫害等条件的限制; ②具有较强的市场竞争力和广阔的发展前景; ③

应用广泛,例如已作为胶凝剂、成膜剂、保鲜剂、乳化剂等广泛应用于食品、制药、石油、化工等多个领域。据估计,当前全世界微生物多糖年加工业产值可达80 亿左右。

关键词: 微生物多糖; 生物合成; 提取与纯化;开发应用

0引言

多糖是一种天然的大分子化合物, 来源于动物、植物及微生物, 在海藻、真菌及高等植物中尤为丰富。它是由醛糖和( 或) 酮糖经过糖苷键连接成的聚合物, 作为有机体必不可少的成分, 同维持生命体机能密切相关, 具有多种多样的生物学功能。

根据多糖在微生物细胞内的位置, 可分为胞内多糖、胞壁多糖和胞外多糖。人们对多糖的初始研究可追溯到1936 年Shear对多糖抗肿瘤活性的发现, 但微生物多糖倍受关注是从20 世纪50 年代开始的. 20 世纪50 年代, J eanes 等人筛选、获得了许多黄原胶(Xan than gum ) 的产生菌. 1964 年, 原田等人从土壤中分离到产凝结多糖(Cu rdlan, 又称热凝多糖) 的细菌, 后发现农杆菌(A grobacterium sp. ) 也能够产生该多糖. 1978 年,美国人生产制造了产生于少动鞘脂类单胞菌(S p hing om onas p aucim obilis, 旧称伊乐藻假单胞菌) 的结冷胶(Gellan gum , 又称胶联多糖). 随后, 小核菌葡聚糖(Scleeroglucan)、短梗霉多糖(Pu llu lan, 又称普蓝)、透明质酸( Hyalu ron ic acid)、壳聚糖(Ch i2tasan) 等微生物多糖又相继被人们发现.近年来又兴起一些新型微生物多糖如海藻糖、透明质酸、壳聚糖等的研究。微生物多有广泛的应用价值, 已作为乳化剂、增稠剂、稳定剂、胶凝剂、悬浮剂、润滑剂、食品添药品等应用于石油、化工、食品、医疗、制药保健等多个领域[1 ]. 为了不断开发微生物多糖的潜能, 依然需要筛选、分离新的多糖产生菌, 了解多糖的生物合成, 研究它们的结构、理化学特性,进一步拓展它们的应用领域.

1微生物多糖的生物合成

多糖有的合成于微生物的整个生长过程, 有的合成于对数生长后期, 而有的则合成于静止期. 它们种类繁多, 可分为同型多糖和异型多糖, 都是由相同或不同的单糖或者和其它基团在特定的酶催化下聚合而成, 但异型多糖如黄原胶、结冷胶的合成比同型多糖如右旋糖苷、果聚糖的合成复杂得多. 异型多糖的合成体系包括五个基本要素: 糖基- 核苷酸、酶系

统、糖基载体脂(十一聚类异戊二烯醇磷酸脂)、糖基受体(引物) 和酰基供体, 其中的糖基- 核苷酸为微生物提供活性的单糖并经过差相异构、脱氢、脱羧等

反应提供多种单糖.

1. 1微生物多糖生物合成模式

细菌胞外多糖的合成有两种模式: 依赖于糖基载体脂的合成模式和不依赖于糖

基载体脂的合成模式. 依赖于糖基载体脂的合成模式: 单糖进入细胞后形成糖

基2核苷酸, 糖基2核苷酸将糖基顺序转移到糖基载体脂或在其上形成寡糖重复

单位. 然后糖基载体脂将糖基运往膜外释放, 再在酶的作用下和受体聚合成胞

外多糖. 革兰氏阴性菌合成的多糖(如黄原胶、结冷胶等) 都属于这种模式[2 ].不依赖于糖基载体脂的合成模式: 单糖不进入

细胞, 它们在胞外酶的作用下直接聚合底物中的糖基为胞外多糖. 合成过程中

不需要糖基- 核苷酸、糖基载体脂等物质. 肠膜状明串珠菌合成的右旋糖苷就属于此种模式.

1. 2微生物多糖生物合成途径

L igio 等[3 ]提出了由少动鞘脂类单胞菌(S p h in2g om onas p aucim obilis) 合成结冷胶的可能途经, 提供糖基核苷酸的活性前体为UDP2葡萄糖、 TDP2鼠李糖和UDP 2葡萄糖醛酸, 它们也是重复四在野油菜黄单胞菌(X an thom onas campestris)生物合成黄原胶的过程中, 需要8 种膜结合酶[4 ]: 5种特异转移酶, 1 种乙酰化酶, 1 种缩酮转移酶, 1 种聚合酶. 在酶的作用下两分子UDP2D2葡萄糖前体顺序添加到糖基载体脂上形成黄原胶主链上的一分子12磷酸2D 葡萄糖和一分子D2葡萄糖, 再由GDP2D2甘露糖和UDP2D2葡萄糖醛酸前体分别添加D2甘露

糖和D2葡萄糖醛酸, 然后乙酰辅酶A 上的乙酰基转移到连接在两个葡萄糖基间

的甘露糖基上, 磷酸烯酮式丙酮酸的丙酮酸则添加到另外一个甘露糖上,这样就形成了黄原胶的五糖重复单位, Ielp i, Cou so等人证明了这个过程[5 ]. 最后, 五糖重复单位在聚合酶的作用下聚合成黄原胶.

微生物多糖的发酵技术

出芽短梗霉( A ureobasi di um p ul l ul ans )产生短梗霉多糖,短梗霉多糖属于次级代谢产物,多糖的合成与细胞生长呈现部分相关, 短梗霉多糖分批发酵过程中菌体生长、产物形成和底物消耗随时间的变化。