概述^[1]

淀粉作為自然界能量的主要來(lái)源，廣泛存在于植物細(xì)胞和種子中。普魯蘭酶(pullulanase)是一類淀粉脫支酶，因其能專一性水解普魯蘭糖(pullulan，麥芽三糖以α-1，6糖苷鍵連接起來(lái)的聚合物)而得名，屬淀粉酶類，能夠?qū)Ｒ恍郧虚_(kāi)支鏈淀粉分支點(diǎn)中的α-1，6糖苷鍵，切下整個(gè)分支結(jié)構(gòu)，形成直鏈淀粉。與異淀粉酶不同的是，普魯蘭酶可以將最小單位的支鏈分解，限度的利用淀粉原料，而異淀粉酶雖然也能水解分支點(diǎn)的α-1，6糖苷鍵，但是不能水解由2～3個(gè)葡萄糖殘基構(gòu)成的側(cè)枝。

結(jié)構(gòu)^[1-2]

依據(jù)普魯蘭酶的底物特異性可以將其分成兩大類：①類型I(EC3．2．1．41)，又稱脫支酶，可特異性水解普魯蘭糖和具有分支結(jié)構(gòu)寡糖的α-1，6糖苷鍵，形成麥芽三糖和線性的以α-1，4糖苷鍵連接的多聚物。②類型Ⅱ(EC3．2．1．1/41)，又稱amylopullulanse(Apase)，既能水解普魯蘭糖和其他具有分支結(jié)構(gòu)寡糖的α-1，6糖苷鍵，又能水解線性和分支結(jié)構(gòu)的α-1，4糖苷鍵。Ⅰ型普魯蘭酶屬于糖苷水解酶13家族(又稱α淀粉酶家族)，這個(gè)家族中包含了30多種酶。大多數(shù)淀粉酶有4個(gè)高度保守的結(jié)構(gòu)域(Ⅰ～Ⅳ)，組成催化域、底物結(jié)合域和金屬離子結(jié)合域。與淀粉酶相似，普魯蘭酶有4個(gè)類似的保守結(jié)構(gòu)域和(α/β)8的折疊桶形結(jié)構(gòu)，如圖。

結(jié)構(gòu)域Ⅰ參與組成8個(gè)α螺旋和8個(gè)β折疊片結(jié)構(gòu)，形成(α/β)8的折疊桶的中心。較小的結(jié)構(gòu)域Ⅱ是一個(gè)環(huán)狀結(jié)構(gòu)，插入(α/β)8的折疊桶形結(jié)構(gòu)的第三個(gè)α螺旋和第三個(gè)β折疊片結(jié)構(gòu)中間，結(jié)構(gòu)域Ⅱ折疊產(chǎn)生酶活性位點(diǎn)的裂縫結(jié)構(gòu)和(α/β)8的折疊桶的桶壁結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)域Ⅲ的8個(gè)β折疊片折疊成希臘鑰匙拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)域Ⅲ和結(jié)構(gòu)域Ⅳ在空間上分別位于結(jié)構(gòu)域Ⅰ的C-端和N-端。結(jié)構(gòu)域Ⅳ有一個(gè)小的α螺旋和6個(gè)β折疊片折疊成反平行的β折疊結(jié)構(gòu)形成β三明治型的空間結(jié)構(gòu)。絕大多數(shù)Ⅰ型普魯蘭酶具有高度保守的7個(gè)氨基酸組成的結(jié)構(gòu)域，YNWGYDP。

據(jù)推測(cè)這一保守區(qū)域與酶的底物結(jié)合和催化活性有關(guān)，保留了長(zhǎng)期的選擇壓力。Ⅱ型普魯蘭酶被兩個(gè)糖苷水解酶家族涵蓋，即GH57家族和GH13家族。Ⅱ型普魯蘭酶也有4個(gè)高度保守的結(jié)構(gòu)域。與Ⅰ型普魯蘭酶不同的是，多數(shù)Ⅱ型普魯蘭酶的結(jié)構(gòu)域Ⅱ由兩個(gè)超二級(jí)結(jié)構(gòu)組成，其中一個(gè)結(jié)構(gòu)位于結(jié)構(gòu)域Ⅲ和結(jié)構(gòu)域Ⅳ之間。普魯蘭酶有兩個(gè)結(jié)構(gòu)域Ⅳ。一株芽孢桿菌的普魯蘭酶有雙功能區(qū)，分別有4個(gè)保守的結(jié)構(gòu)域，個(gè)結(jié)構(gòu)位于氨基酸462到645之間，另一個(gè)結(jié)構(gòu)位于氨基酸1396到1581之間。對(duì)不同來(lái)源的Ⅱ型普魯蘭酶的4個(gè)保守結(jié)構(gòu)域進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)域Ⅰ的最后一個(gè)氨基酸His、結(jié)構(gòu)域Ⅱ個(gè)氨基酸Arg和結(jié)構(gòu)域Ⅳ的個(gè)氨基酸His是保守的。這些普魯蘭酶都有具有水解α-1，4和α-1，6雙重活性的單一位點(diǎn)。

應(yīng)用^[2-3]

近年來(lái)，普魯蘭酶與其他淀粉酶協(xié)同作用，應(yīng)用在以淀粉為原料的食品加工等部門，大規(guī)模地提高了淀粉的利用率和生產(chǎn)效率。Ⅰ型普魯蘭酶是研究較早且較清楚的一類酶，因其能專一性水解支鏈淀粉分支點(diǎn)中的α-1，6糖苷鍵，形成直鏈淀粉，故最早被應(yīng)于生產(chǎn)高葡糖漿和麥芽糖漿。在高葡糖漿生產(chǎn)中，普魯蘭酶與葡萄糖淀粉酶協(xié)同作用，提高葡萄糖的產(chǎn)量和純度。

在超高麥芽糖漿生產(chǎn)中，在糖化時(shí)加入普魯蘭酶有利于β-淀粉酶的作用，從而提高麥芽糖的含量。Ⅰ型普魯蘭酶還被用來(lái)生產(chǎn)“干爽啤酒”，添加普魯蘭酶后大麥發(fā)酵度可高達(dá)75%，大大減少了發(fā)酵液中的不溶性物質(zhì)。在抗消化淀粉的生產(chǎn)中，Ⅰ型普魯蘭酶能將淀粉進(jìn)行脫支處理后再經(jīng)糊化老化處理增加抗消化淀粉的含量。Ⅱ型普魯蘭酶，尤其是高溫Ⅱ型普魯蘭酶，能同時(shí)水解α-1，4和α-1，6糖苷鍵，在淀粉酶解制糖工業(yè)有著廣泛的應(yīng)用前景。堿性Ⅱ型普魯蘭酶在堿性條件下還可作為衣物洗滌劑和去污劑的有效添加成分，應(yīng)用到洗滌劑工業(yè)中。

目前畜禽飼料以玉米－豆粕型日糧為主，其中的支鏈淀粉難以利用，造成飼料的浪費(fèi)。尤其對(duì)于幼年的家禽，如仔雞、仔豬等，它們的消化系統(tǒng)發(fā)育尚不健全，消化能力不如成年的，不能很好地吸收利用飼料，而且很容易引起腸道疾病，而剩余的養(yǎng)分又加速了腸道有害微生物的生長(zhǎng)，使腸道滲透失調(diào)，或造成動(dòng)物腹瀉。添加一定Ⅰ型或Ⅱ型的普魯蘭酶，再在動(dòng)物內(nèi)源和外源淀粉酶的作用下，能有效促進(jìn)動(dòng)物對(duì)飼料中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收，減少浪費(fèi)，縮短生長(zhǎng)周期，提高飼料利用率，提高動(dòng)物的抗病能力，減少疾病發(fā)生，節(jié)約糧食，提高經(jīng)濟(jì)效益。還可以提高雞的產(chǎn)蛋效率和奶牛的產(chǎn)奶率等。

主要參考資料

[1]普魯蘭酶的研究進(jìn)展

[2]GH57家族高溫淀粉普魯蘭酶的結(jié)構(gòu)與功能分析

[3]普魯蘭酶在食品工業(yè)中的應(yīng)用