研究背景
甘露聚糖酶，即β-甘露聚糖酶，是β-1,4-D-甘露聚糖酶的簡稱，是一類能夠水解含有β-1-4-D-甘露糖苷鍵物質(zhì)的內(nèi)切性水解酶。它廣泛存在于自然界中，包括一些低等動物，豆類植物，而微生物則是β-甘露聚糖酶的主要來源。微生物來源的β-甘露聚糖酶具有活性高，成本低，來源穩(wěn)定，提取方便以及比動植物更廣的作用pH，溫度范圍和底物專一性等顯著特點，應(yīng)用前景極其廣闊[1]。
結(jié)構(gòu)生物學(xué)
甘露聚糖酶往往由催化域和非催化域兩部分組成。催化域折疊成TIM桶狀結(jié)構(gòu)（如下圖），參與底物的結(jié)合和催化；碳水化合物結(jié)合域，作為最常見的一種非催化域，采用經(jīng)典的β三明治結(jié)構(gòu)，可以增強結(jié)合有纖維素的甘露糖水解能力[2]。
制備與分離純化研究
為了更好地對甘露聚糖酶的制備進行深入研究，科研人員開展了甘露聚糖酶的制備、分離純化、酶學(xué)性質(zhì)以及甘露聚糖酶在甘露低聚糖制備上的初步研究。主要結(jié)果如下: 培養(yǎng)基中碳源組成和濃度、氮源組成和濃度、碳氮比對里氏木霉合成甘露聚糖酶影響較大。甘露聚糖酶的底物結(jié)構(gòu)類似物微晶纖維素是里氏木霉合成甘露聚糖酶的最適誘導(dǎo)物。里氏木霉以20g/L微晶纖維素為碳源，含氮素質(zhì)量比為1:1的硫酸銨和尿素為氮源，C/N為4時合成甘露聚糖酶，甘露聚糖酶活力在發(fā)酵96h時達到最大，甘露聚糖酶活力為4.48U/mL。里氏木霉甘露聚糖酶水解葡萄甘露聚糖24h，甘露低聚糖水解得率為72.98%，里氏木霉甘露聚糖酶對葡萄甘露低聚糖的選擇性為62.22%。 里氏木霉甘露聚糖酶粗酶液經(jīng)20~50%硫酸銨分級沉淀、Source15Q陰離子交換層析、Superdex75PrepGrade凝膠過濾層析分離純化，獲得了電泳純的內(nèi)切甘露聚糖酶。內(nèi)切甘露聚糖酶酶活回收率為31.82%，純化了5.97倍。 里氏木霉甘露聚糖酶粗酶液經(jīng)60%飽和度硫酸銨沉淀、Source15Q陰離子交換層析分離后也可獲得電泳純甘露聚糖酶，甘露聚糖酶酶活回收率為14.16%，純化了56.19倍。 內(nèi)切甘露聚糖酶的最適pH值為3.8，酸堿穩(wěn)定性范圍為pH值3.2~6.8，最適反應(yīng)溫度為75℃。其在45~65℃內(nèi)具有較好的熱穩(wěn)定性， 以洋槐豆膠為底物的米氏常數(shù)Km為5.23mg/mL，Vmax值為23.03U/mg蛋白[3]。
應(yīng)用
β-甘露聚糖酶在造紙，紡織印染，洗滌，食品，飼料，醫(yī)藥和石油開采等工業(yè)中有著廣闊的應(yīng)用前景[2]。在常規(guī)飼料原料中，豆粕中甘露聚糖的含量最高，甘露聚糖能夠?qū)τ衩?、豆粕型日糧的養(yǎng)分利用率產(chǎn)生較大影響。甘露聚糖酶能夠降解玉米-豆粕型日糧中的抗營養(yǎng)因子β-甘露聚糖，改善日糧利用效率，提高畜禽生產(chǎn)性能[4]。此外，甘露聚糖酶作為一種多功能的促生長劑，它不僅可以促進類胰島素生長因子IGF-I的分泌，還能促進蛋白質(zhì)的合成，提高瘦肉率，促進生長。
熱穩(wěn)定性研究
實驗研究幾種糖類(葡萄糖、甘露糖、果糖、蔗糖和殼聚糖)和多元醇類(乙醇、丙三醇和山梨醇)保護劑提高甘露聚糖酶熱穩(wěn)定性的作用，并考察在特定保護劑存在時該酶的最適反應(yīng)溫度和失活熱力學(xué)以及動力學(xué)。實驗表明，蔗糖、殼聚糖和山梨醇在濃度均為2 g/L時能夠顯著提高該酶的熱穩(wěn)定性；通過正交實驗得到了一種效果最佳的復(fù)合保護劑(蔗糖、殼聚糖、山梨醇之比為1∶2∶2);蔗糖、殼聚糖、甘油、山梨醇和復(fù)合保護劑的添加均能使甘露聚糖酶的最適反應(yīng)溫度從原來的50℃提高到60℃左右；65℃下甘露聚糖酶的熱失活曲線遵循一級反應(yīng)規(guī)律[5]。
參考文獻
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[2]趙月菊,薛燕芬,馬延和.β-甘露聚糖酶的結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究現(xiàn)狀和展望[J].微生物學(xué)報, 2009.DOI:CNKI:SUN:WSXB.0.2009-09-000.
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[5]劉朝輝,武偉娜,劉躍,等.保護劑提高β-甘露聚糖酶熱穩(wěn)定性的研究[J].天津大學(xué)學(xué)報, 2008, 41(1):5.DOI:10.3969/j.issn.0493-2137.2008.01.021.