F_10木聚糖酶研究进展

第28卷第6期

2009年11月

食品与生物技术学报

Journal of Food Science and Biotechnology

V ol.28 N o.6N ov. 2009

文章编号:1673

-1689(2009)06-0727-06 收稿日期:2008-02-17

基金项目:河南省科技攻关资助项目(072102220001),江苏省自然科学基金资金项目(BK2007067).

作者简介:刘亮伟(1967-),男,河南长葛人,工学博士,副教授,主要从事微生物酶学理性改造方面的研究。

Email:llw 321@y

F /10木聚糖酶研究进展

刘亮伟1

, 杨海玉1

, 胡瑜1

, 李相前

2

(1.河南农业大学生命科学学院,河南郑州45002;2.淮阴工学院生命科学与化学工程学院,江

苏淮安223001)

摘 要:木聚糖酶广泛应用在食品加工、纸浆漂白、饲料添加剂、工业乙醇的生产,生物转化等领域。相对于G/11木聚糖酶,F/10家族在稳定性、耐酸性和耐碱性方面更有优越性,本文综述了该家族木聚糖酶的相关基因,酶分子空间结构及催化机理等基本特性,特别对热稳定性属性及基因

工程改造其稳定方面进行了详细说明,为进一步进行酶分子改造和应用提供借鉴。关键词:木聚糖酶;热稳定性;空间结构;基因工程中图分类号:Q 55

文献标识码:A

A Review of F/10Xylanase

LIU Liang -w ei 1

, YANG H a-i yu 1

, H U Yu 1

, LI Xiang -qian

2

(Colleg e of L ife Sciences o f Henan A g riculat rual U niver sity,Zheng zhou 450002,China; 2.H uaiyin Institute of

T echno log y ,H uaian 450003,China)

Abstract:Xy lanase is w idely used in biotechnolog y related areas,such as food processing,pulp bio -bleaching,anim al feed additive,ethanol pr oduction,bio -conversio n,and so pared

w ith G/11x ylanase,F/10xy lanase is mo re advantageous in thermostability,acidic resistance and alkaliphilic ability.T his manuscript review ed the related genes,enzy me 3D structure,cataly sis mechanism of this family,especially abo ut its therm ostability and g enetic engineering,w hich is useful for further investigatio n of property and deeper usage in industries.

Key words:F/10x ylanase,therm ostability,structure,genetic engineering,catalysis m echanism

木聚糖酶(EC 3.2.1.8)水解木聚糖的 -1,4-糖苷键,与自然界中第二大能源物质-半纤维素的降解和五碳糖的循环利用相联系。现在木聚糖酶广泛应用于工业生产中:啤酒酿造、面包烘焙、动物饲料、生物漂白、乙醇生产、生物转化等。由于环境多样性,造成不同生物来源的木聚糖酶在理化特性,结构,催化模式和底物特异性等方面具有多样性。已经发现木聚糖酶分布在5,7,8,10,11,43等家族

的糖苷水解酶中。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木聚糖酶两大家族。G/11木聚糖酶多为单结构域,相对分子质

量一般小于30000,产物中寡聚糖含量较多,而单糖成分较少,酶最适温度50~60 ,在空间结构上呈 右手半握状 。F/10木聚糖酶则含有较多结构域,不仅有催化结构域,还存在纤维素结合结构域(Ce-l

lulo se Binding Domain:CBD),相对分子质量一般

大于30000,而催化产物中单糖较多,最适温度60~ 80 ,在结构上呈现 碗状 结构[1]。与G/11家族相比,F/10家族木聚糖酶在耐高温、耐酸和耐碱性方面更有优越性。现在已经开发了一些商品酶,但是在应用中还存在许多问题,诸如酶的热稳定性、底物结合结构域的作用、耐极端状况的特性、酶的催化机理等需要进一步研究,以便开发更加适合工业生产,满足人民生活需要的新酶。作者就F/10木聚糖酶的分子生物学属性做一回顾,期望对木聚糖酶的深入研究和开发有所裨益。

由于木聚糖酶在工业应用中的广泛性,人们从芽胞杆菌属菌株,木霉属,曲霉属,青霉属,乳杆菌,假丝酵母菌等中得到嗜碱性木聚糖酶。从里氏木霉,白曲霉,酵母类真菌,青霉属分离到嗜酸性木聚糖酶[2],其中黑曲霉和里氏木霉木聚糖酶研究较为深入[3]。为了使用和研究酶的稳定性,从嗜热和超嗜热微生物中分离热稳定性的木聚糖酶,热解纤维素果汁杆菌属,海洋红嗜热盐菌,脂肪嗜热芽孢杆菌,嗜热子囊菌,热纤梭菌等。来源于海栖热袍菌的Xy nA是已报道的嗜热性最高的酶,最适温度105 [2]。已经发现许多F/10木聚糖酶(见Tab1),并且许多木聚糖酶基因在真核、原核生物中得到了成功表达[4],为研究木聚糖酶催化机理及酶分子进化[5]、热稳定性[6-7]、结构模拟提供了方便[8]。在研究木聚糖酶的基因转录、表达调控时, Blum观察到Clostridium therm ocellum中编码阿魏酸酯酶的基因与F/10木聚糖酶相邻[9],可能与阿魏酸基团在植物细胞壁中作为结构骨架和提供保护有关,可以避免被微生物降解。在密码子偏好性方面,F/10木聚糖酶基因的密码子的家族特征以 a 碱基为主;而G/11家族以 g/c 碱基为主[10]。

表1 F/10木聚糖酶基因及结构Tab.1 Genes and structure of F/10xylanase

蛋白质序列号来源

物种

结构域三维结构长度位置

P26514Str ep tomy ces liv idans R icin B-ty pe lectin(1)X-r ay(12)477ex tra Q60037T her motoga mar itima CBM-cenC(2)X-ray(3)1059

P07986Cellulomonas f imi CBM2(1)X-r ay(5);

N M R(2)

484

P14768Ps eudomonas f luor escens CBM2(1)X-r ay(7);

N M R(2)

611

P51584Clostr idi um ther mocellum CBM-cenC(2)X-r ay(10)1077 P10478Clostr idi um ther mocellum CBM6(1)X-ray(3)837 P40944Cal dicellulosir up tor sp.CBM-cenC(2)684 P29126Ruminococcus f lav ef aciens G H10/GH11*954 Q60042T her motoga neap ol itana CBM-cenC(2)1055

P36917T her moanaer obacter sacchar oly ticum CBM-cenC(2);

SL H(2)

1157

P23030Ps eudomonas f luor escens CBM2(1);CBM6(1)592

P40942Clostr idium s ter cor ar ium X-ray(1)387

P07528Bacillus halod ur ans X-ray(1)396ex tra

P40943Bacillus s tearo ther mop hil us X-ray(4)407ex tra

P56588Penicillium simp licissimum X-ray(8)302ex tra

Q00177E mer icella nidul ans X-ray(1)327ex tra

P23360T her moascus aur antiacus X-r ay(10)329

O60206A gar icus bis p or us333ex tra

P45703Bacillus s tearo ther mop hil us330ex tra

O59859A sp er gil lus aculeatus327ex tra

P33559A sp er gillus k aw achi327ex tra

P07529Cry p tococcus albidus332ex tra

P29417Penicillium chr y sogenum353ex tra

P23557Caldocellum sacchar oly ticum312

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