褐藻酸裂解酶的结构、性质及应用
褐藻胶裂解酶

褐藻胶裂解酶
褐藻胶裂解酶是一种能够分解褐藻胶的酶类物质,其作用是将褐藻胶的高分子链断裂为低分子量的寡糖和单糖,可用于食品、医药、化妆品等领域。
褐藻胶裂解酶可分为内切酶、外切酶和转移酶等不同类型。
其中,内切酶能够在褐藻胶分子的内部水解出多种不同长度的低分子量寡糖,而外切酶则能够从褐藻胶分子的末端以糖基水解的形式释放出单糖。
转移酶则可将胶链上的碳水化合物从一个位置转移到另一个位置,形成不同结构的多糖。
目前,褐藻胶裂解酶已经成为一种非常有前景的生物技术产品,可以为人类健康和经济发展带来很好的效益。
褐藻胶裂解酶基因在大肠杆菌中的表达及其酶学性质

褐藻胶裂解酶基因在大肠杆菌中的表达及其酶学性质汪立平,刘玉佩,孙晓红,赵勇(上海海洋大学食品学院,上海201306)摘要:作者从蜡样芽孢杆菌F1—5—10中提取D N A,通过PC R克隆得到褐藻胶裂解酶基因后,将其构建到pE T一30a(+)上并在大肠杆菌B I。
2l菌株中进行高效诱导表达。
继而对纯化得到的褐藻胶裂解酶蛋白进行活性检测和酶学特性研究。
实验结果表明:PC R扩增出1035bp大小的褐藻胶裂解酶基因al gl(G e nB a nk登录号:G U585575),SD孓PA G E电泳结果显示出相对分子质量约为45ooO的特异性蛋白质条带。
表达条件优化实验结果表明O。
4m m ol/L浓度的I P T G32℃诱导4h重组蛋白的表达量最高,约占菌体总蛋白质质量的36%。
测定褐藻胶裂解酶酶活性,酶活力为11.7U/m g。
酶学性质研究表明:A LG L的酶活最适温度为35℃,热稳定性较差,最适pH值为6.6,C a”、M92对酶活有激活作用,A I。
G I。
催化褐藻胶的K。
值为1.89m g/m L,V。
为15.0l U/m L。
关键词:褐藻胶裂解酶;蜡样芽孢杆菌;原核表达中图分类号:Q78文献标志码:A文章编号:1673一1689(2012)02—189一06E xpr es s i on of A l gi nat e l yas e G ene i n E.cD Z f andC har act er i zat i on of t he E nzym eW.A N G Li一户i,29,L J【,Y k一夕Pi,SU N X i口。
一^o,zg,Z H A O Y b咒g(C onegP of Fo od S c i e nce and Tec hn0109y,Shangh a j()c e an U ni ve r s i t y,S hanghaj201306,C hi na)A bs t m ct:T he臼ZgZ gene(G enB ank ac ces si on num ber:G U585575)e ncodi ng al gi nat e l yase(A LG L)f r om B口fi ZZ比s f e,.P“s Fl一5—10w as cl oned i nt o t he ve ct o r pE T一30a and expr ess ed i nE s c^Pr i f^i口f D Zi B L21i n t hi s s t udy.T he opt i m um e xpr e s si on condi t i ons of al gl i n.E.fD£i w ass t udy and l i st ed as f ol l ow s:t he conc ent r at i on of I PT G O.4m m ol/L,expr es s i on t i m e4h,ande xpr e s si on t em per at ur e32℃.U nder t he opt i m um condi t i。
海洋弧菌褐藻胶裂解酶的分离纯化及性质

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生物化学与生物物理学报
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海洋弧菌褐藻胶裂解酶的分离纯化及性质
宋 凯 于文功 3 韩 峰 韩文君 李京宝
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生的褐藻胶裂解酶对两种底物具有相同的活性 表
为一个酶活
力单位 ∀
温度对酶活性的影响 酶液分别在 ε !
ε ! ε ! ε ! ε ! ε ! ε ! ε 下保温
迅速冷却至 ε 紫外吸收法测定酶活性 同
时 分别测定酶液在不同温度下的活性 以确定酶
反应的最适温度 ∀
对酶活性的影响 缓冲液体系为
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∗
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∗
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甘氨酸2
∗
∀酶分
别溶于上述缓冲液中 ε 保温
Ταβλε 1 Α συ µ µ αρψ οφ αλγινατε λψασε πυριφιχατιον (φρο µ 4 .0 Λ χυλτυρε)
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一种新型褐藻胶裂解酶、其制备方法及应用[发明专利]
![一种新型褐藻胶裂解酶、其制备方法及应用[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/9739b7c2cfc789eb162dc824.png)
专利名称:一种新型褐藻胶裂解酶、其制备方法及应用专利类型:发明专利
发明人:陈朋,闫军军,朱玥明,曾艳,门燕,孙媛霞
申请号:CN201811221666.4
申请日:20181019
公开号:CN109295043A
公开日:
20190201
专利内容由知识产权出版社提供
摘要:本发明公开了一种来源于海洋细菌的褐藻胶裂解酶(Alg509)及其基因。
同时还公开了重组表达和制备该褐藻胶裂解酶的方法,即将基因克隆到大肠杆菌表达载体上,并将该载体转化大肠杆菌宿主菌,获得可异源表达该酶的重组工程菌株。
本发明公开的褐藻胶裂解酶Alg509酶活高,比酶活可达48000U/mg以上,其最适反应pH为10,最适反应温度为55℃,且酶活对各种金属离子没有依赖性。
该酶对海藻酸钠、多聚古洛糖醛酸(polyG)、多聚甘露糖醛酸(polyM)均有活性,能将海藻酸钠彻底降解,产生褐藻二糖、褐藻三糖、褐藻四糖等褐藻寡糖。
该酶表现出较强嗜碱性,对高pH具有一定耐受力,具备一定工业应用的潜质,可广泛应用于农业、食品、饲料添加、医药等领域。
申请人:中国科学院天津工业生物技术研究所
地址:300308 天津市滨海新区天津空港经济区西七道32号
国籍:CN
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一种外切型褐藻胶裂解酶、基因及其应用[发明专利]
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专利名称:一种外切型褐藻胶裂解酶、基因及其应用
专利类型:发明专利
发明人:朱艳冰,郭玉淅,倪辉,肖安风,李利君,姜泽东,杜希萍申请号:CN201710367707.X
申请日:20170523
公开号:CN107177612A
公开日:
20170919
专利内容由知识产权出版社提供
摘要:本发明公开了一种外切型褐藻胶裂解酶、基因及其应用。
本发明从海洋细菌微泡菌ALW1中克隆得到新的褐藻胶裂解酶基因algl17,大小2220 bp,编码739个氨基酸,蛋白质分类归为
PL‑17家族。
将该基因在E.coli中进行表达和纯化,得到重组AlgL17,分子量大小约为85 kDa。
该酶对海藻酸钠、D‑聚甘露糖醛酸(polyM)和褐藻胶寡糖具有活性,而对L‑聚古罗糖醛酸(polyG)具有较低活性,表明该重组酶是polyM特异性寡褐藻胶裂解酶。
重组AlgL17可作用于海藻酸钠,产生4‑脱氧‑L‑赤型‑5‑己糖糖醛酸(DEH),表明该酶是外切型褐藻胶裂解酶。
该重组酶能直接降解海带,产生还原糖。
本发明成功地构建了含上述新型褐藻胶裂解酶基因的重组载体,实现了异源表达,为该酶的工业化生产和应用提供了良好的基础。
申请人:集美大学
地址:361000 福建省厦门市集美区银江路185号
国籍:CN
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藻酸盐裂解酶

藻酸盐裂解酶
藻酸盐裂解酶是一种酶类,它能够将藻酸盐分子分解成较小的分子,如葡萄糖和半乳糖等。
藻酸盐裂解酶广泛存在于海洋生物中,如海藻、贻贝、海星等,也存在于某些细菌和真菌中。
藻酸盐是一种多糖,它是海藻细胞壁的主要成分之一。
藻酸盐具有多种生物学功能,如保护海藻免受外界环境的侵害、调节海藻的生长和发育等。
但是,藻酸盐也会对海洋生态系统产生负面影响,如影响海洋生物的生长和繁殖、影响海洋环境的水质等。
因此,研究藻酸盐的分解机制和藻酸盐裂解酶的作用机理具有重要的科学意义和应用价值。
藻酸盐裂解酶的作用机理是通过水解反应将藻酸盐分子分解成较小的分子。
藻酸盐裂解酶的催化活性受到多种因素的影响,如温度、pH值、离子强度等。
在适宜的条件下,藻酸盐裂解酶能够高效地将藻酸盐分子分解成较小的分子,从而促进海洋生态系统的健康发展。
藻酸盐裂解酶的应用也十分广泛。
它可以用于海洋生态系统的修复和保护,如减少藻酸盐的含量,改善海洋环境的水质等。
此外,藻酸盐裂解酶还可以用于食品工业、医药工业等领域,如制备低聚糖、抗菌剂等。
藻酸盐裂解酶是一种重要的酶类,它在海洋生态系统的健康发展和人类生产生活中都具有重要的作用。
未来,我们需要进一步深入研
究藻酸盐裂解酶的作用机理和应用价值,为保护海洋生态系统和促进人类生产生活的发展做出更大的贡献。
黄杆菌褐藻胶裂解酶的高效表达及其在褐藻寡糖制备中的应用

黄杆菌褐藻胶裂解酶的高效表达及其在褐藻寡糖制备中的应用江君1,刘军1,杨绍青1,马帅1,闫巧娟2,江正强1,*(1.中国农业大学食品科学与营养工程学院,中国轻工业食品生物工程重点实验室,北京100083;2.中国农业大学工学院,北京100083)摘 要:研究黄杆菌褐藻胶裂解酶基因(rFlAlyA)在枯草芽孢杆菌中的高效表达,高密度发酵48 h最高酶活力为2 550 U/mL,蛋白质量浓度达4.5 mg/mL。
经(NH4)2SO4沉淀和SP强阳离子交换柱纯化后得到电泳级纯酶,分子质量约为30 kDa。
褐藻胶裂解酶rFlAlyA最适pH值为7.5,在pH 4.0~11.0范围内可保持80%以上酶活力;最适温度为50 ℃,在50 ℃及以下可保持80%以上酶活力。
底物特异性分析表明,rFlAlyA特异性降解聚甘露糖醛酸片段,最短链底物为甘露糖醛酸三糖。
rFlAlyA在最适条件下酶解褐藻酸钠4 h后还原糖质量浓度达33 mg/mL,底物转化率为70.1%,电喷雾电离-质谱分析酶解产物的聚合度(degree of polymerization,DP)为1~8,离子色谱分析显示DP=3时相对含量最高,为34.0%。
结果表明,经枯草芽孢杆菌高效表达的rFlAlyA可用于制备褐藻寡糖。
关键词:褐藻胶裂解酶;黄杆菌;枯草芽孢杆菌;高密度发酵;褐藻寡糖High Level Expression of Alginate Lyase from Flavobacterium sp. and Its Application in Preparation of Alginate Oligosaccharides JIANG Jun1, LIU Jun1, YANG Shaoqing1, MA Shuai1, YAN Qiaojuan2, JIANG Zhengqiang1,*(1. Key Laboratory of Food Bioengineering (China National Light Industry), College of Food Science and Nutritional Engineering, China Agricultural University, Beijing 100083, China; 2. College of Engineering, China Agricultural University, Beijing 100083, China) Abstract: High-efficiency expression of the alginate lyase gene (rFlAlyA) from Flavobacterium sp. in Bacillus subtilis was studied. After high cell-density fermentation for 48 h, the enzymatic activity reached the highest level of 2 550 U/mL with a protein content of 4.5 mg/mL. The rFlAlyA, with a molecular mass of about 30 kDa, was purified to electrophoretic homogeneity after fractionation with (NH4)2SO4 and ion exchange chromatography on SP strong cation exchange column. Maximal enzymatic activity was observed at pH 7.5 and 50 ℃. The enzyme showed good stability at pH 4.0−11.0 and was thermostable up to 50 ℃, retaining over 80% of its activity. The substrate specificity indicated that rFlAlyA was a polymannuronate lyase with trisaccharide being the shortest-chain substrate. For alginate oligosaccharides production, sodium alginate was reacted with rFlAlyA under the optimal conditions for 4 h, giving a final concentration of reducing sugar of 33 mg/mL in the reaction mixture and a conversion rate was 70.1%. Electrospray ionization tandem mass spectrometry showed that the degree of polymerization (DP) of the hydrolysates was 1 to 8 and trisaccharide was the most abundant, which accounted for 34.0% of the total components when the DP was 3. The findings of this study indicated that the recombinant alginate lyase could be applied for the production of alginate oligosaccharides.Keywords: alginate lyase; Flavobacterium sp.; Bacillus subtilis; high cell-density fermentation; alginate oligosaccharidesDOI:10.7506/spkx1002-6630-20191213-149中图分类号:Q814 文献标志码:A 文章编号:1002-6630(2021)04-0145-08引文格式:江君, 刘军, 杨绍青, 等. 黄杆菌褐藻胶裂解酶的高效表达及其在褐藻寡糖制备中的应用[J]. 食品科学, 2021, 42(4): 145-152. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20191213-149. JIANG Jun, LIU Jun, YANG Shaoqing, et al. High level expression of alginate lyase from Flavobacterium sp. and its application in preparation of alginate oligosaccharides[J]. Food Science, 2021, 42(4): 145-152. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-20191213-149. 收稿日期:2019-12-13基金项目:“十三五”国家重点研发计划重点专项(2017YFD0400204)第一作者简介:江君(1995—)(ORCID: 0000-0001-9267-0500),男,博士,研究方向为食品生物技术。
褐藻胶裂解酶的研究进展

褐藻胶是一种由 α - L- 古罗糖醛酸 ( G ) 和其 C5 差向异构体 α - D- 甘露糖醛酸 ( M ) 随机结合而成的 线性高分子多糖, 聚合方式包括三种: 聚古罗糖醛酸 ( polyG ) 、 聚 甘 露 糖 醛 酸 ( polyM ) 和 异 聚 MG 段
[1 ] ( polyMG) , 其化学结构见图 1 。 褐藻胶来源丰富, 以其螯合金属离子、 溶液高黏性、 凝胶性等特点被广
2
褐藻胶裂解酶作用方式
目前发现的能够降解褐藻胶的酶均为裂解酶 ,
尚未发现水解酶。褐藻胶裂解酶通过 β 消去机制催 化褐藻胶降解, 其作用位点是 1 →4 糖苷键。 在水解 形 糖苷键所在的糖环的 C4 和 C5 位置间形成双键, 成了 4- 脱氧 - L- erythro- hex-4 - 烯醇式吡喃糖醛酸 的非还原末端, 在 235nm 处有特征性强吸收。 Gacesa[8] 提出一种褐藻胶裂解酶的催化机制 , 这 种机制包括三步反应 : a. 通过盐桥的中和作用移去羧 基阴离子上的负电荷; b. 从 5 位碳上获得质子的基质 催化反应; c. 羧基基团提供电子在 C4 与 C5 之间形成 双键, 导致发生在 4- O 糖苷键上的 β 消去反应。
1
2
1
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1, *
酶能够通过 β 消去机制催化褐藻胶降解产生具有多种生物活性的褐藻胶寡糖。对于酶的鉴定分析将会拓展酶和寡糖 农业等领域的应用范围。因此本文简要阐述了酶的分类、 测定方法、 构效关系以及生物学功能, 并就其应用的 在食品、 最新进展进行了展望。 关键词:褐藻胶, 褐藻胶裂解酶, 褐藻胶寡糖
[15 ]
3
褐藻胶裂解酶的结构
PL - 5 ( Sphingomonas sp. A1 - III ) ,PL - 7
褐藻胶的酶法降解及其产物的体外免疫活性

褐藻胶的酶法降解及其产物的体外免疫活性章倩;戚慧敏;卞斌;马俊美;赖晨欢;黄曹兴;凌喆;勇强【期刊名称】《食品科学》【年(卷),期】2024(45)2【摘要】本研究以褐藻胶为底物,探究其在褐藻胶酶法降解过程中的分子质量变化以及酶法降解制备褐藻胶低聚糖的工艺参数,并在此基础上,评价了不同分子质量褐藻胶酶解产物的体外免疫活性。
结果表明,褐藻胶经褐藻胶裂解酶降解后分子质量显著下降,通过乙醇分级分离可获得3种不同分子质量的降解产物,其重均分子质量分别为13.4、5.73kDa和3.85kDa。
单因素试验优化获得酶法制备褐藻胶低聚糖的最适工艺参数为pH7.0、褐藻胶裂解酶用量15U/g(底物质量计)、酶解时间24h,此时,褐藻胶低聚糖得率为28.05%。
利用小鼠巨噬细胞模型对褐藻胶及其3种分子质量降解产物的体外免疫活性进行评价,发现褐藻胶及其酶解产物均具有一定的免疫增强活性,且重均分子质量为5.73kDa的酶解组分免疫增强活性最好,优于褐藻胶低聚糖。
同时,通过添加巨噬细胞受体蛋白Toll样受体4(Toll-like receptor 4,TLR4)的阻断剂(TAK-242),验证了褐藻胶酶解产物通过诱导巨噬细胞TLR4的分泌,引起级联反应,增加NO、肿瘤坏死因子-α和白细胞介素6的分泌,从而调节巨噬细胞免疫活性。
研究结果可为褐藻胶高值化利用提供理论依据。
【总页数】8页(P89-96)【作者】章倩;戚慧敏;卞斌;马俊美;赖晨欢;黄曹兴;凌喆;勇强【作者单位】南京林业大学江苏省林业资源高效加工利用协同创新中心【正文语种】中文【中图分类】TS201.1【相关文献】1.运用酶法降解褐藻胶研究糖链序列结构的展望2.九孔鲍褐藻酸酶降解褐藻胶的反应条件与酶解产物的分析3.褐藻胶裂解酶AlgL17酶解工艺优化及酶解产物分析4.丁香假单孢菌重组褐藻胶裂解酶的酶学性质及酶解产物的抗氧化活性5.褐藻聚糖硫酸酯降解酶菌Sinomicrobium sp.Fuc19的产酶优化及其降解产物化学组成因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
褐藻胶裂解酶的研究进展

褐藻胶裂解酶的研究进展罗丹丹;薛永常【摘要】褐藻胶是由β-D-甘露糖醛酸及其C5差向异构体α-L-古洛糖醛酸结合而成的线性高分子多糖。
褐藻胶裂解酶通过β消去机制能将褐藻胶降解成具有生物活性的褐藻寡糖。
褐藻寡糖因具有独特的促进生长、增强植物抗性、抑菌等生理活性而日益受到人们的关注。
简要概述了褐藻胶裂解酶的来源分类、结构功能、酶学性质、褐藻寡糖的应用等方面的研究进展,为褐藻胶裂解酶在工业生产的应用提供理论依据。
%Alginate lyases can catalyze the degradation of alginate , a complex copolymer of L-guluronate and its C5 epimer D-mannur-onate, withβ-elimination mechanism and yield alginate oligosaccharides .Alginate oligosaccharide has many kinds of biological activi-ties, such as promoting growth , enhancing resistance in plant and bacteriostasis , so that they have attracted more and more people′s at-tention.In this paper some research progress in the classification , structure, function, enzymatic properties of alginate lyase and the application of alginate oligosaccharides were reviewed .It will provide a theoretical basis for its application in industrial production .【期刊名称】《生物学杂志》【年(卷),期】2016(033)006【总页数】4页(P95-98)【关键词】褐藻胶;褐藻胶裂解酶;褐藻寡糖【作者】罗丹丹;薛永常【作者单位】大连工业大学生物工程学院,大连116034;大连工业大学生物工程学院,大连116034【正文语种】中文【中图分类】Q939.9褐藻胶是存在于褐藻细胞壁及细胞间质的水溶性酸性多糖,由β-D-甘露糖醛酸及其C5差向异构体α-L-古洛糖醛酸两种糖醛酸单体通过1,4糖苷键随机聚合而成[1]。
用于制备褐藻寡糖的褐藻胶裂解酶及其用途[发明专利]
![用于制备褐藻寡糖的褐藻胶裂解酶及其用途[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/afa46c164a35eefdc8d376eeaeaad1f3469311f8.png)
(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202210199877.2(22)申请日 2022.03.02(71)申请人 山东海之宝海洋科技有限公司地址 264300 山东省威海市荣成市南山北路98号(72)发明人 刘晓勇 沐万孟 张文立 徐炜 王鑫绣 王伶秀 (74)专利代理机构 北京汇知杰知识产权代理有限公司 11587专利代理师 杨巍 柴春玲(51)Int.Cl.C12N 9/88(2006.01)C12N 15/60(2006.01)C12N 15/70(2006.01)C12N 1/21(2006.01)C12P 19/12(2006.01)C12P 19/00(2006.01)C12R 1/19(2006.01) (54)发明名称用于制备褐藻寡糖的褐藻胶裂解酶及其用途(57)摘要本发明通过筛选来源于爱媛类芽孢杆菌(Paenibacillus ehimensis)中的酶基因,经重组获得一种具有褐藻胶裂解的酶活力的蛋白质,由此,本发明提供了由SEQID NO:1所示的氨基酸序列的蛋白质用作褐藻胶裂解酶的用途及其应用。
本发明人发现,该褐藻胶裂解酶相比现有技术具有更高的酶活力、良好的耐热性和优异的产糖性能,能够在短时间内降解大量海藻酸钠,并且生产成本低,所用设备少,具备工业规模化生产的潜力。
权利要求书1页 说明书7页序列表2页 附图4页CN 114457062 A 2022.05.10C N 114457062A1.具有SEQ ID NO:1所示氨基酸序列的蛋白质用作褐藻胶裂解酶的用途。
2.根据权利要求1所述的用途,其中,所述蛋白质由SEQ ID NO:2所示的核酸序列编码。
3.根据权利要求1或2所述的用途,其中,所述蛋白质是通过重组表达获得的,例如所述蛋白质为存在于重组细菌如大肠杆菌的全细胞培养液中的形式。
4.根据权利要求1‑3中任一项所述的用途,其中,所述蛋白质作为褐藻胶裂解酶的酶活力为120U/mg至130U/mg,例如为125.7U/mg。
海藻裂解酶 食用级别

海藻裂解酶食用级别
海藻裂解酶是一种能够分解海藻中藻胶质和褐藻酸的酶类物质。
由于其独特的生物活性,海藻裂解酶已经被广泛应用于食品、医药、
水产养殖等领域。
作为一种食用级别的酶类物质,海藻裂解酶具有许多独特的特点。
首先,它可以帮助人体消化,促进食物中营养物质的吸收和利用。
其次,它具有较强的降低胆固醇的效果,可以预防心血管疾病的发生。
此外,海藻裂解酶还具有抗氧化和抗炎作用,能够帮助人们保持健康
的身体状态。
除了食品领域,海藻裂解酶还被广泛应用于医药领域。
由于其具
有抗肿瘤、抗病毒、抗炎、抗菌等多种作用,可以被用于治疗各种疾病。
此外,海藻裂解酶在水产养殖领域也有广泛的应用,可以帮助提
高养殖效益,增强水产动物的免疫力,预防病害的发生。
在使用海藻裂解酶时,需要注意一些要点。
首先,需要选择优质
的海藻裂解酶产品,并按照使用说明进行使用。
其次,在储存过程中
需要注意防潮、防晒、防高温等措施,保证产品的稳定性。
此外,使
用时也需要遵循一定的用量和时间控制,以确保产品的安全使用和良
好效果。
总之,海藻裂解酶作为一种食用级别的酶类物质,具有丰富的生
物活性和广泛的应用前景。
在生产和使用过程中,需要注意产品的选
择和质量控制,以确保产品的安全使用和最佳效果。
藻类分解酶

藻类分解酶
摘要:
1.藻类分解酶的定义和作用
2.藻类分解酶的种类
3.藻类分解酶的应用领域
4.藻类分解酶的发展趋势和前景
正文:
藻类分解酶是一种能够分解藻类的生物酶,具有环保、高效、无污染等特点。
它主要通过催化作用分解藻类细胞壁,从而达到控制藻类生长的目的。
藻类分解酶广泛应用于水处理、水体生态修复等领域,有助于维护水体的生态平衡。
藻类分解酶主要有以下几种类型:
1.纤维素酶:主要分解藻类细胞壁中的纤维素,如木质素、半纤维素等。
2.果胶酶:主要分解藻类细胞壁中的果胶物质,如果胶酸、果胶糖等。
3.蛋白质酶:主要分解藻类细胞壁中的蛋白质,如胶原蛋白、弹性蛋白等。
4.多糖酶:主要分解藻类细胞壁中的多糖,如淀粉、糖原等。
随着人们对环境保护意识的逐渐加强,藻类分解酶在水处理、水体生态修复等领域的应用也越来越广泛。
目前,藻类分解酶已被成功应用于湖泊、水库、海洋等水体的生态修复工程,取得了显著的成效。
同时,科研人员也在不断研究新的藻类分解酶,以满足不同应用场景的需求。
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褐藻酸裂解酶的结构、性质及应用Hee Sook Kim,Choul-Gyun Lee and Eun Yeol Lee摘要褐藻胶是一种线性多糖,由β-D-甘露糖醛酸(M)与其差向异构体α-L-古洛糖醛酸(G)通过1,4糖苷键连接形成不同的结构。
褐藻酸裂解酶因其高粘度及凝胶作用可作为一种食品添加剂来改善食品的质地。
该酶可以通过β-消除机制裂解糖苷键来降解褐藻胶,产生一个具有非还原末端的结构。
褐藻寡糖已被发现具有促进人内皮细胞生长以及巨噬细胞细胞因子释放的作用。
褐藻胶可以通过褐藻酸裂解酶的内切及外切作用,降解为含有不饱和键的单糖。
因此,在不久的将来,褐藻酸裂解酶有潜力作为生物催化剂,以褐藻胶作为可再生资源生产生化试剂及生物燃料。
本文介绍了不同的褐藻酸裂解酶的结构、功能并对褐藻酸裂解酶的应用前景进行了讨论。
关键词褐藻胶;褐藻酸裂解酶;褐藻寡糖;不饱和单糖1 介绍褐藻胶是一种线性多糖,其中其中β-D-甘露糖醛酸(M)与其差向异构体α-L-古洛糖醛酸(G)通过1.4糖苷键按照不同顺序连接而成,其中α-L-古洛糖醛酸是β-D-甘露糖醛酸的C5异构体。
这两种糖醛酸可以形成聚甘露糖醛酸和聚古洛糖醛酸以及甘露糖醛酸与古洛糖醛酸的随机聚合物。
褐藻胶在自然界存量丰富,其作为藻类植物的组成成分,占到了藻类植物干重的44%。
一些细菌也可以合成褐藻胶。
目前,褐藻胶主要用作食品添加剂来改变食物的质感,也被用作固定细胞及组织的介质。
商品级的褐藻胶可通过从海洋大型藻类中提取的方式生产。
褐藻酸裂解酶通过β-切割糖苷键来降解褐藻胶,生产多种以不饱和糖醛酸作为非还原末端的寡糖以及不饱和糖醛酸单体。
多种褐藻酸裂解酶已从海藻、海洋无脊椎动物、海洋及部分土壤微生物中分离得到。
褐藻酸裂解酶可以依据底物特异性分为PM特异性、PG特异性、PMG特异性。
对于相应的底物特异性,褐藻酸裂解酶具有内切酶与外切酶两种活性。
褐藻寡糖已经显现出许多引人注目的生物活性,它可以促进人内皮细胞的生长以及巨噬细胞细胞因子的释放。
因此,褐藻酸裂解酶作为制备功能性褐藻寡糖的生物催化剂引起了人们的注意。
褐藻酸裂解酶自身也可作为药物增强抗生素对铜绿假单胞菌的杀菌功效来治疗囊胞性纤维症。
不饱和的褐藻寡糖及不饱和糖醛酸单体可由褐藻酸裂解酶催化裂解得到。
本文讨论了褐藻酸裂解酶及其应用,特别是分析与对比了不同褐藻酸裂解酶的结构和功能,也讨论了褐藻胶及褐藻酸裂解酶在未来的应用前景。
图1褐藻胶的化学结构。
褐藻胶是一种由β-D-甘露糖醛酸与其C5异构体α-L-古洛糖醛酸通过β-1.4糖苷键按照不同顺序连接形成的直链多糖。
2 褐藻胶褐藻胶是一种带有阴离子的多糖,由PM、PG、PMG组成,pKa 1.5~3.5。
褐藻胶的生物功能主要是作为藻类的结构支撑物,其机械强度及弹性受到古洛糖醛酸单体含量的影响。
随着古洛糖醛酸单体含量的增加,胶体强度逐渐增大。
较低的古洛糖醛酸单体含量会使褐藻胶更有弹性。
商品级的褐藻胶可从海藻中提取出来,广泛用于食品工业和生物技术。
褐藻胶可作为凝胶剂生产凝胶状食品,增加冰淇淋的粘度,也可作为化妆品的增稠剂。
褐藻胶也可用作减肥食品的配料,因为它不能被胃肠道消化,不能作为能量来源。
褐藻胶可以结合二价阴离子,如钙离子和镁离子,产生凝胶作用。
由于褐藻胶凝胶能力不受温度影响并具有生物相容性,因而在许多生物技术的应用中,它被用于固定细胞。
一般来说,高含量的古洛糖醛酸可以形成强胶体粘度。
溶剂的pH对凝胶的形成影响显著,因为不同的pH可改变糖醛酸上离子的排布。
褐藻胶在医学中应用广泛。
它可作为治疗消化不良药物的制剂辅料,可用于烧伤和创伤的敷料,因为它可以消除或较小疼痛。
褐藻胶也可用作牙科的矫形材料。
褐藻胶还有许多其他方面的应用,例如作为螯合剂消除人体内的重金属及放射性毒素。
由于不与染料发生反应,它还可以作为增稠剂用于活性染料的染色过程。
3 褐藻酸裂解酶3.1 褐藻酸裂解酶在褐藻胶的生物合成与生物降解中的功能多种褐藻酸裂解酶已从海洋交足类生物、褐藻、小球藻病毒、海洋及土壤微生物中发现并被克隆和表征。
褐藻酸裂解酶在不合成褐藻胶与合成褐藻胶的生物中都被发现,在不合成褐藻胶的生物中,褐藻酸裂解酶在同化褐藻胶作为碳源的过程中起着重要作用。
海洋及土壤微生物具有多于一种的褐藻酸裂解酶来降解结构复杂的褐藻胶。
一些海洋动物在其消化道内也存在褐藻酸裂解酶来降解褐藻胶并将其作为碳源。
在能够合成褐藻胶的微生物中,褐藻酸裂解酶在褐藻胶的生物合成与生物降解中都起着重要作用。
对于产酶微生物的遗传研究已经揭示了褐藻酸裂解酶的基因位于其他褐藻胶合成酶基因的片段上,在褐藻胶的生物合成中,褐藻酸裂解酶似乎对于控制聚合物长度与优化聚合反应起到一定作用。
在合成褐藻胶的铜绿假单胞菌的粘膜上,褐藻酸裂解酶可以通过降解生物膜上的褐藻胶来促进细菌的扩散。
固氮菌产生的褐藻酸裂解酶可能与其孢子萌发有关。
在细胞休眠期,凝胶形式的褐藻胶是胞囊外被保护层的一部分,在萌发期,褐藻酸裂解酶对于胞囊的破坏是必要的。
一些微生物可以使用褐藻胶作为碳源。
此条件下,微生物可依靠褐藻酸裂解酶对β-1.4糖苷键的裂解作用降解褐藻胶,产生具有非还原末端结构的寡糖。
褐藻胶聚合物通过内切酶的作用降解为具有非还原末端的糖醛酸,内切型褐藻酸裂解酶具有降解PM、PG、PMG的多种活性。
褐藻寡糖可以通过外切型褐藻酸裂解酶的作用进一步降解为单糖。
这些单糖可在无酶催化的条件下生产DEH,然后转化为KDG,通过依赖NADPH的KDE转化酶的作用,将KDG转化为KDPG。
之后,KDPG被KDPG醛缩酶分解为丙酮酸与3-磷酸甘油醛这一糖酵解途径的重要中间体。
一般来讲,依靠褐藻胶生长的微生物使用胞外的褐藻酸裂解酶降解褐藻胶,然后将裂解产物转运至细胞质中,并通过细胞代谢来吸收它们。
例如鞘脂单胞菌等一些细菌可使用细胞周质中的ABC超家族转运系统直接吸收褐藻胶聚合物。
负责吸收褐藻胶的外膜蛋白被证实在其表面有一个凹陷。
整个转运系统包括三个部分,在细胞表面一个直径0.02~0.1μm的凹陷,细胞质间隙的褐藻胶结合蛋白以及在细胞膜上的ABC超家族转运系统。
当褐藻胶被运转至细胞质内之后,它被胞浆中的内切型与外切型褐藻胶裂解酶降解,在鞘脂单胞菌中,多种褐藻酸裂解酶存在于胞浆中。
而对于棕色固氮菌,褐藻酸裂解酶存在于细胞周质表面。
图2褐藻胶被内切型与外切型褐藻酸裂解酶通过β-消除机制降解。
不饱和单糖可由外切型褐藻酸裂解酶降解褐藻胶或褐藻寡糖的方式得到,这种单糖可在没有酶催化的条件下转化为4-脱氧-L-赤-5-己酮糖糖醛酸。
箭头所指为相应的褐藻酸裂解酶的酶切位点。
3.2褐藻酸裂解酶的结构褐藻酸裂解酶是多糖裂解酶系的一种,多糖裂解酶系可归类为22个家族,依据对其初级结构疏水区域的分析,褐藻酸裂解酶属于七个家族,PL-5、PL-6、PL-7、PL-14、PL-15、PL-17、PL-18。
大多数细菌所产的褐藻酸裂解酶属于PL-5与PL-7家族,两种外切型褐藻酸裂解酶A1-IV (来源于鞘脂单胞菌)以及Atu3025(来源于根瘤农杆菌)被归类为PL-15家族。
依据基因克隆及测序分析,PL-5与PL-7序列的相似性得到了对比。
基因序列的对比揭示了PL-5与PL-7序列的相似性相对较低。
然而,精氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、组氨酸、酪氨酸等对催化作用的有重要影响的氨基酸在酶的活性中心大量存在。
A1-Ⅲ、A1-Ⅱ、AL Y-1、Atu3025的三维结构已通过X射线衍射晶体分析技术探明。
来源于鞘脂单胞菌的A1-Ⅲ酶包含351个氨基酸残基。
该酶具有PG特异性。
在研究该酶的三维结构时发现,其结构几乎全部有α-螺旋以及一个位于(α-α)6-管道部位的通道式缝隙组成。
这种(α-α)6-管道结构的特征与在葡萄糖淀粉酶和纤维素酶中发现的结构类似。
与A1-Ⅲ相比,PL-7家族的褐藻酸裂解酶含有大量的β-串联并在β-折叠区有一个深的缝隙。
这种折叠与β-葡聚糖酶中的类似。
来源于鞘脂单胞菌的A1-Ⅱ被进一步进行了突变分析,与ALY-1相似,A1-Ⅱ也有大量的夹层状的β-折叠,这些氢键网络与在活性中心的三个毗连的β-折叠形成的结合部分已被证明对控制酶的活性具有重要作用。
通过定点突变技术,发现在褐藻酸裂解酶A1-Ⅲ、A1-Ⅱ、AL Y-1的催化位点上,酪氨酸、组氨酸、天冬酰胺及谷氨酰胺、精氨酸的含量很高。
据推测,这些氨基酸形成了酶的催化活性中心。
最近,PL-15家族的外切型褐藻酸裂解酶Atu3025的结构已被查明。
Atu3025可从分子外部降解褐藻胶、低聚糖形成不饱和单糖。
Atu3025含有一个(α-α)6-管状的结构中心,反向平行的β-折叠层作为其基本支架。
一个长度较短的α-螺旋位于管道结构上。
在中心结构域与C端结构域连接处的一个构象变化被证明对于外切降解作用非常重要。
图3 PL-5与PL-7褐藻酸裂解酶的多序列对比。
红框表示位于活性位点的重要氨基酸,如精氨酸、天冬酰胺/谷氨酰胺、组氨酸和酪氨酸。
图4来源于铜绿假单胞菌的褐藻酸裂解酶A1-III、A1-II的三维结构以及与三糖底物结合的活性位点。
A1-III结构几乎全部有α-螺旋以及一个位于(α-α)6-管道部位的通道式缝隙组成。
但是A1-II含有大量的β-串联并在夹层状的β-折叠区有一个深的缝隙。
两者的活性中心都含有酪氨酸、组氨酸、天冬酰胺及精氨酸。
其蛋白结构已被Phyton Molecular Viewer显示出来。
3.3 褐藻酸裂解酶的性质褐藻酸裂解酶具有不同的底物特异性,其底物特异性被酶分子的氨基酸序列以及底物中单糖的排布所决定。
褐藻胶有四种不同的类型连接构成,分别是M-M、M-G、G-G、G-M,每种连接方式都可具有不同的长度。
褐藻酸裂解酶可以根据他们的底物特异性分类。
PG特异性的裂解酶优先降解PG结构,而PM 特异性的裂解酶优先降解PM结构。
一些褐藻酸裂解酶已被证实具有PMG特异性。
迄今为止,大多数的褐藻酸裂解酶表现出PM特异性。
虽然褐藻酸裂解酶可被归类为PG裂解酶、PM裂解酶、PMG裂解酶,但他们通常对另一种糖醛酸聚合物表现出较低的活性。
一些褐藻酸裂解酶表现出PM、PG双重活性。
从酶切方式上来看,褐藻酸裂解酶可分为内切型酶与外切型酶。
多数褐藻酸裂解酶具有内切酶活性。
最近,一些外切型褐藻酸裂解酶的例子已被报道并表征。
各类褐藻酸裂解酶的催化中心已被分析,一种可能的催化机理也已被提出。
第一步,羧基上的负电荷被精氨酸与天冬酰胺所中和。
接下来,C5上的质子经氨基酸残基通过自由基催化机制分离出来。
结果是氨基酸增加了二价羧基盐阴离子的稳定性。
最后一步,酪氨酸提供的一个质子在C4与C5之间形成双键,糖苷键断裂,形成具有非还原末端的寡糖链中的不饱和单糖。