海藻糖合酶的作用机理及发展

海藻糖合酶的作用机理及固定化

海藻糖对生物体具有神奇的保护作用，是因为海藻糖在高温、高寒、高渗透压及干燥失水等恶劣环境条件下在细胞表面能形成独特的保护膜，有效地保护蛋白质分子不变性失活，从而维持生命体的生命过程和生物特征。许多对外界恶劣环境表现出非凡抗逆耐受力的物种，都与它们体内存在大量的海藻糖有直接的关系。海藻糖合酶可以特异性地催化麦芽糖转化为海藻糖。常温菌中的海藻糖合酶最适反应温度一般在25-35℃，最适pH6.5-8.0左右，这样的反应条件给工业化生产带来一定的麻烦。而某些噬热菌中的海藻糖合酶具有耐酸、耐高温的特性，有利于降低工业化生产成本。

2007年Wang等人研究发现水生栖热菌的海藻糖合酶(TtTS)C端415个氨基酸残基(TtTSDN)与该酶的热稳定性和水解活性密切相关。删除(TtTSDN)的TtTS(TtTSDC)最适反应温度由65℃降低到40℃，同时水解活性增加、热稳定性降低，在80℃下保温30min后，TtTS保留88％的酶活力，TtTSDC只保留20％的酶活力；将TtTSDN与来自耐辐射奇球菌的低温海藻糖合酶(DrTS)融合后(DrTS -TtTSDN)，该酶的最适反应温度由15℃升到40℃，同时水解活性降低、热稳定性提高，在60℃条件下保温30min后，Drts –TtTSDN保留83％的酶活力，而DrTS的酶活力几乎全部丧失。现已发现海藻糖合酶的分子量主要集中在60kD-80kD左右，因此构建基因工程菌，将其克隆到经济易操作的大肠杆菌系统中进行异源表达不失为一种较好的解决方案。同时酶的固定化技术可以大大提高酶的使用效率，有人对海藻糖合酶的固定化研究做了相应的尝试，Cho等人研究表明，固定化的Thermus caldophilus GK24海藻糖合酶最适pH 没有发生改变，但最适温度从45℃提高到65℃，固定化的酶在70℃条件下保温16d仍能保持90%以上的酶活力，而非固定化的酶保温6d后只剩下13%的酶活力。固定化的酶在批次发酵的过程中能反复利用10次以上。

酶的固定化近年来发展迅速，随着酶活性及失活机制这一酶学基本理论的深入研究，将对海藻糖合酶的固定化技术的设计具有指导意义。可以展望，为使海藻糖合酶的生产成本大幅降低，除近一步完善从胞外源提取海藻糖合酶直接作固定化酶，使用胞内源直接作固定化细胞，使培养过程保留在不受损害的细胞中且可原位再生其活性，对控制副反应，提高稳定性有重要作用。着眼于在具有综合性能的新型载体及简便固定化方法基础上，具有效率高、稳定性强的固定化体系及可连续操作与运行的反应器，将会给海藻糖合酶的低成本、高效率生产提供可能。

参考文献

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