海藻糖生物合成及应用研究进展_曲茂华

海藻糖生物合成及应用研究进展

曲茂华，张凤英，何名芳，陈卫平*

（江西农业大学食品科学与工程学院，江西南昌330045）

摘

要：海藻糖是一种非还原性二糖，是生物细胞抵抗不良环境的应激代谢产物，它可广泛用于食品、化妆品、生物医

药和农业等领域。本文对最近几年海藻糖在生物细胞中的合成途经及酶调控机制、海藻糖生产合成方法及生产菌种、海藻糖对生物细胞保护作用机理及海藻糖在相关领域中的应用等研究进展进行了综述。

关键词：海藻糖，酶，合成，调控机制，应用

Research progress in trehalose biosynthesis and applications

QU Mao-hua ，ZHANG Feng-ying ，HE Ming-fang ，CHEN Wei-ping *

（Institute of Food Science and Engineering ，Jiangxi Agricultural University ，Nanchang 330045，China ）

Abstract ：Trehalose ，a disaccharide with non-reducing as metabolite of cell in hostile environment ，was used in domains of food ，cosmetic ，biological medicine and agriculture.The newest research progress of trehalose including synthesis pathways with enzyme regulatory mechanism ，synthesis methods with producing strains ，mechanism of protection for cell and applications in relative domains were reviewed in this paper.Key words ：trehalose ；enzyme ；synthesis ；regulatory mechanism ；application 中图分类号：TS245.9文献标识码：A 文章编号：1002-0306（2014）16-0358-05doi ：10.13386/j.issn1002-0306.2014.16.070

收稿日期：2013－12－03*通讯联系人

作者简介：曲茂华（1989-），男，硕士研究生，研究方向：食品微生物。

海藻糖是一种非还原性二糖，分子式是C 12H 22O 11

·2H 2O ，广泛分布于自然界中许多生物细胞中。海藻糖是一种生物应激代谢产物，一些在极端环境生长的古生菌、真菌，以及一些生长在不良环境中的动植物细胞中海藻糖含量较高。甚至在可以用于清理核污染的抗辐射型细菌如耐辐射球菌

（Deinococcus radiodurans ）

[1]

中也发现了海藻糖的存在。海藻糖在生物细胞中的作用是保护细胞抵抗不良环境的影响，其功能是保护细胞质膜，蛋白质、核酸等生物大分子空间结构和功能活性，维持渗透压和防止细胞内营养成分流失。由于海藻糖具有以上功能，它可用于医学生物制品中起到保护剂的作用[2]；增强农作物抗逆性[3]，通过转基因手段来培育耐盐碱

型农作物[4]，培育抗冻果蔬等；同时，海藻糖不具有还

原性，不会发生美拉德反应，可以作为稳定的添加剂应用于食品工业。因此，对海藻糖进行研究具有重要意义，本文针对海藻糖生物合成、作用机理、应用方面的最新研究进展进行综述。

1

海藻糖合成的相关酶以及调控途径

1.1

海藻糖合成途径

目前对海藻糖合成代谢途径的研究文献较丰富。研究发现在生物体内的海藻糖合成途径主要有以下几条：一是OtsAB 途径，通过TPS （Trehalose-6-phosphate synthase ，6-磷酸海藻糖合成酶）和TPP

（Trehalose-6-phosphate phosphatase ，6-磷酸海藻糖磷酸酯酶）酶来形成海藻糖[5]。在酵母细胞内通过

TPS1和TPS2酶来合成海藻糖[6]，如酿酒酵母；而其他一些真菌中的海藻糖合成途径还有一些辅助性的

且作用不是很明显的酶的参与，如TPS3和TSL1[7]。二是TreYZ 途径，是在Arthrobacter sp.中发现的，通过两步催化反应来合成海藻糖[8]。三是TreS （Trehalose synthase ，海藻糖合酶）途径，该途径目前只在细菌中被发现，TreS 酶活具有可逆性[9]，在谷氨酸棒状杆菌中，TreS 酶在细胞内海藻糖过量情况下会将海藻糖转化为麦芽糖，以调节细胞内海藻糖浓度平衡[10]。除以上几种途径外，还有两条海藻糖合成途径，分别为TreT （Trehalose glycosyltransferase ，海藻糖糖基转移酶）途径和TreP （Trehalose phosphorylase ，海藻糖磷酸化酶）途径，这两条途径与TreS 途径一样，具有可逆的催化活性[11]。

Mladen Tzvetkov 等[12]对谷氨酸棒状杆菌（Corynebacterium glutamicum ）进行研究，但研究重点在于弄清其中三条海藻糖合成途径的影响大小。研究表明，OtsAB 途径和TreYZ 途径是细胞内合成海藻糖的两条主要途径，而TreS 途径不是细胞内海藻糖的主要合成途径。通过OtsAB 途径合成1mol 的海藻糖需要消耗1mol 葡萄糖-6-磷酸以及1mol 的UDP-葡萄糖，但通过TreYZ 途径合成1mol 海藻糖需要消耗2mol ADP-葡萄糖（用于糖原合成），并且细胞往往会优先选择TreYZ 途径而不是OtsAB 途径来合成海藻糖，而且在C.glutamicum 培养基中添加微量的糖类碳源，细胞仅通过TreYZ 途径就可以完全满足对海藻糖的