木聚糖酶水解制取低聚木糖的研究

木聚糖酶水解制取低聚木糖的研究

Ξ

XU Y

徐　勇,陈　牧,余世袁,勇　强,姚春才

(南京林业大学化学工程学院,江苏南京210037)

摘　要:　比较了木聚糖酶和纤维素酶水解木聚糖制备低聚木糖的效果,并在10L 酶解罐中研究了搅拌速率和酶解时间等因素对木聚糖酶水解的影响,优化了酶解工艺条件。当木聚糖质量浓度为30g/L 、木聚糖酶体积用量为1%、搅拌速率180r/min 时,酶解2h 低聚糖得率可达35.2%,总糖得率为41.9%,产品酶解液中

25.9%固形物是聚合度2～5的低聚木糖。

关键词:　低聚木糖;酶水解;木聚糖酶

中图分类号:Q556;TQ920.1 文献标识码:A 文章编号:025322417(2002)022*******

低聚木糖是一种安全、无毒和高效的双歧因子,可自然增殖人体和动物肠道内的双歧杆菌并产生多种保健促生作用,市场前景十分广阔[1]。目前,低聚木糖的制备方法主要采用生物酶水解法,其中酶水解工序是其关键步骤,生产得率由所使用的酶系性质决定,并受酶解条件如:底物木聚糖浓度、p H 值、温度、酶解装置的结构形式和搅拌方式等多种因素的影响。本研究在实验室小试基础上,采用10L 酶解罐模拟工业酶解装置,以超滤脱盐木聚糖为底物进行中试,研究了酶的种类、搅拌方式和酶解时间等因素对木聚糖酶水解制备低聚木糖的影响规律,为生物法工业生产低聚木糖提供了理论基础。

1　材料与方法

1.1　木聚糖的制备

原料玉米芯(江苏盐城)经预处理、碱抽提、中和以及超滤脱盐得实验用木聚糖。1.2　木聚糖酶和纤维素酶的制备

里氏木霉(T richodem a reesei )Rut C 30生产菌株,分别以木聚糖和纸浆为底物碳源定向制备木聚糖

酶和纤维素酶原酶液,原酶液再经分级纯化处理后得实验用木聚糖酶和纤维素酶。1.3　酶水解

酶水解小试:采用摇瓶恒温振荡水浴酶解;酶水解中试:加入10L 木聚糖液至10L 酶解罐(江苏姜堰制造,型号WSP 2B 210L 21,材质不锈钢),调节初始p H 值5.0～5.5,调控搅拌速率,加入适量酶液,恒温50℃±1℃酶解。酶解结束后,快速升温至100℃,维持10min 后冷却至室温。在4000r/min 条件下离心酶解液15min ,上清液即为酶解液。1.4　分析测定

采用高效液相色谱法[2]分析测定酶解液的组成,计算方法为:低聚糖为木二糖、木三糖、木四糖和木五糖之和,总糖为木糖和低聚糖之和。

Ξ

收稿日期:2001-07-19

　基金项目:国家自然科学基金资助项目(30070636)　作者简介:徐勇(1971-),男,湖北安陆人,讲师,硕士,从事林产生物化学加工。

第22卷第2期2002年6月

林　产　化　学　与　工　业

Chemistry and Industry of Forest Products

Vol.22No.2J une 2002

酶解得率(%)=糖组分(g )/原料木聚糖(g )×100

2　结果与讨论

2.1　木聚糖酶和纤维素酶的酶水解效果比较

酶解木聚糖生成低聚木糖的酶主要是一类内切型水解酶。由里氏木霉合成的纤维素酶和木聚糖酶均为诱导酶,其酶系的组成和性质受培养基质的诱导[3～4]。采用摇瓶振荡水解法,分别以木聚糖酶和纤维素酶(18g/L )水解木聚糖5h ,结果如表1所示。

表1　木聚糖酶和纤维素酶制备低聚木糖的比较

Table 1　Comparison of xylanase and cellulase in the enzymatic hydrolysis

酶类别

enzymes

酶量enzyme dosage

/%

木糖

xylose /(g ?L -1)木二糖

xylobiose

/(g ?L -1)木三糖

xylotriose

/(g ?L -1)木四糖

xylotetrose

/(g ?L -1)木五糖

xylopentose

/(g ?L -1)低聚糖得率

oligosaccharide yield

/%

总糖得率

total sugar yield

/%

木聚糖酶

xylanase

纤维素酶

cellulase

1.00.66 3.52 1.010.970.6033.937.1

2.0 1.02 4.330.88 1.270.4238.344.05.0 1.23 4.830.77 1.460.3140.947.81.00.54

3.55 1.23 1.110.313

4.437.62.00.68 4.56 1.800.71039.342.0

5.0

0.91

4.87

1.64

0.77

40.4

45.5

由表1可知,在各种酶用量下木聚糖酶和纤维素酶的酶解效果十分相近,两者均可降解木聚糖生成以低聚糖为主的酶解液,酶解液中低聚糖含量可达木糖含量的6.0～11.5倍。这说明,木聚糖酶和纤维素酶的原酶液经分级纯化处理后所得工作用酶的内切酶作用占主导地位。一些研究发现,由里氏木霉定向合成的纤维素酶或木聚糖酶往往互相包含。对于这一现象的解释主要有以下两种观点[3～5]:一种认为里氏木霉的产酶底物中既含纤维素又含有木聚糖,可同时诱导这两种酶的生成;另一种观点认为纤维素酶和木聚糖酶均含有性质相同的一类非专一性水解酶成分,均可催化具有糖苷键型的聚糖类物质的水解反应,既可降解纤维素也可降解木聚糖。因为纸浆原料所含的木聚糖量很低,所以本试验结果更符合第2种观点,即由里氏木霉合成的内切型纤维素酶或木聚糖酶对木聚糖苷键均具有水解能力,都可催化降解木聚糖生成低聚木糖。表1还说明,在加入体积量为1%～5%的范围内增加两种酶的用量均可以提高低聚糖的得率,但增长速率并不能与酶量成比例提高,当酶体积用量超过2.0%时,低聚糖得率增幅很小;同时酶解液中低聚糖含量与木糖含量之比却呈下降的趋势,将最终影响产品的品质。由此可见,增加酶量并不能完全水解底物木聚糖,这与Mary 等的研究结果相符[6],即内切型木聚糖酶能迅速降解可溶性的木聚糖,而不能降解不溶性的木聚糖。

比较两组酶解液的组成可知,木聚糖酶水解液中的木糖和总糖得率均略高于纤维素酶。里氏木霉生成胞外型木聚糖酶(或纤维素酶)的根本目的是降解生长基质中的木聚糖或(纤维素)生成可吸收代谢的小分子糖类物质[3,7],也许木糖(或葡萄糖)才是它的唯一碳源[7]。因此,与纤维素酶相比,里氏木霉以木聚糖为底物碳源合成的木聚糖酶更适宜降解木聚糖生成木糖。

在摇瓶中以木聚糖为碳源产木聚糖酶的发酵周期为2.0～2.5d ,而以纸浆为碳源产纤维素酶的发酵周期为5d ,且原料纸浆需要经过粉碎预处理。虽然由木聚糖酶水解所得的酶解液中木糖含量略高,但低聚糖得率与纤维素酶水解的结果相同,因此从简化产酶工艺和提高经济效益的角度考虑,在低聚木糖生产工艺中应选用木聚糖酶,酶的体积用量以1%为宜。2.2　搅拌速率对酶水解效果的影响

在木聚糖酶水解木聚糖制备低聚木糖过程中,主要起作用的酶组分是木聚糖酶系中内切型木聚糖酶和β2木糖苷酶,其中内切型木聚糖酶能够将木聚糖的主链随机地降解成聚合度较低的低聚木糖,β2木糖苷酶可以外切方式将低聚木糖降解为木糖。木糖虽无双歧因子功效,但也具有膳食纤维的作用[8],可保留在低聚木糖产品中,因此提高低聚糖组分的酶解得率是酶水解工艺的关键。提高酶解装置的搅拌速率可加强酶解过程的传质和传热作用,如:提高酶分子周围底物的有效浓度,促进底物木聚糖与酶

58　林　产　化　学　与　工　业第22卷

蛋白的结合;迅速使酶解产物脱离酶蛋白分子的活性中心,减少产物对酶促反应的抑制效应等,所以提

高搅拌速率可促进酶解。另一方面,搅拌所产生的剪切力在高温环境中可能又会影响各种酶蛋白分子的空间构象,还可能减弱酶分子吸附区域(CBD )对底物木聚糖的吸附能力,致使其活力下降或完全丧失并导致酶解得率下降。因此,酶解的搅拌速率对于酶解得率具有正反两方面的双重作用。

图1　搅拌速率对酶解效果的影响

Fig.1　E ffects of agitation rate on the

enzymatic hydrolysis

□木糖xylose ;■低聚糖oligosaccharide 采用酶解中试法在酶解罐中加入10L 木聚糖液(木聚糖质量浓度为

30g/L ),木聚糖酶体积加入量为1%,调控搅拌器至一定转速进行酶水解,图1是在不同搅拌速率下酶水解5h 的实验结果。

由图1可见,在50℃±1℃的酶水解条件下,由160r/min 开始提高搅拌速率,木糖得率不断下降,而低聚糖得率却表现出先升后降的趋势,至180r/min 达最高值32.8%。这说明,在160～180r/min 的转速范围内,机械搅拌对β2木糖苷酶活力的破坏大于内切型木聚糖酶,而高于180r/min 的搅拌对内切型木聚糖酶活力的破坏作用十分显著。推测其原因之一为:由里氏木霉合成的β2木糖苷酶的分子质量为50～70kDa 左右,而内切型木聚糖酶的分子质量一般介于15～30kDa [3,6],即β2木糖苷酶蛋白质

的分子质量大于内切型木聚糖酶分子,其空间构象更容易受搅拌剪切力的破坏而导致酶活力下降。2.3　典型酶水解历程分析

在木聚糖酶水解木聚糖制备低聚木糖的过程中,随着酶解的深入,底物浓度不断下降、酶活力逐渐失去,并且随着产物的积累而形成的抑制作用也不断加强,上述各因素的综合作用最终导致酶促反应速

率和酶解产物趋于恒定值,因此通过酶解历程的研究可选择最佳的酶解时间。取30g/L 木聚糖液10L 为底物,木聚糖酶体积用量为1%,调控搅拌速率170r/min 进行酶解,酶解过程中各糖组分随酶解时间的变化规律如图2所示。

图2　木聚糖酶水解木聚糖的历程图

Fig.2　The process of enzymatic hydrolysis

of xylan with xylanase

—□—木糖xylose ;—○—木二糖xylobiose ;

—△—木三糖xylotriose ;—◇—木四糖xylote 2

trose ;—|×—木五糖xylopentose ;—●—低聚糖

oligosaccharide ;—■—总糖total sugar

图2表明,以木聚糖酶在170r/min 搅拌速率下酶解超滤脱盐木聚糖时,底物木聚糖被快速降解,酶解液中产物木糖和低聚糖的浓度迅速上升。酶解至2h ,木糖至木五糖的质量浓度分别达到1.53,3.56,2.41,1.26和0.76g/L ,低聚糖得率增至最高值25.4%。随着酶解时间的延长,木糖浓度和总糖得率保持上升,而木二糖和木三糖浓度不断降低,木四糖和木五糖浓度基本维持恒定,低聚糖得率持续下降,分析其原因为沉淀木聚糖酶中仍然含有少量的β2木糖苷酶组分(其中包括木二糖酶)。当酶解至2h 后,底物中可被内切型木聚糖酶降解的木聚糖已基本水解完全,不能再生成新的低聚糖组分;但β2木糖苷酶仍然保持一定的活力,可继续水解木聚糖、木二糖和木三糖等生成木糖,所以木糖浓度和总糖得率均随酶解时

间的延长不断增大。本研究结果表明,在采用搅拌酶水解法工业化生产低聚木糖的工艺中可选择酶解时间为1～2h 。

2.4　酶水解工艺条件的优化综合上述试验结果,选择中试酶解工艺条件如下:取30g/L

超滤脱盐木聚糖为底物,加入沉淀木聚糖酶,体积用量为1%,调节初始p H 值,恒温50℃±1℃,调控搅拌速率为180r/min ,酶解2h 得酶解液。表2是在10L 酶解罐中采用该酶解工艺条件制备所得的酶解液组成。

第2期徐　勇,等:木聚糖酶水解制取低聚木糖的研究59

表2　中试酶解工艺制备酶解液的组成

Table 2　Components in the hydrolysate prepared under

optimum hydrolytic conditions

组成

compositions

质量浓度concn.

/(g ?L -1)占总糖/%

ratio to

total sugar 占固形物/%

ratio to s olid

酶解得率/%

yield of hydrolysis 木糖xylose

2.0216.0 4.9 6.7木二糖xylobiose

4.6336.811.31

5.4木三糖xylotriose 2.6421.0

6.48.8木四糖xylotetrose

1.6413.0 4.0 5.5木五糖xylopentose

1.6413.0 4.0 5.5低聚糖oligosaccharide

10.6084.125.935.2总糖total sugar 12.60100.0

30.741.9

固形物the solid

41.00

100.0

由表2可知,采用该酶解工艺制备低聚糖,得率可达35.2%,总糖得率为41.9%,所得酶解液中25.9%固形物是聚合度2～5的低聚木糖。

3　结论

3.1　由里氏木霉合成的木聚糖酶和纤维素酶均可用于酶水解木聚糖制备低聚木糖,生产中选用木聚糖酶更为经济。

3.2　搅拌速率对木聚糖酶系中的内切木聚糖酶和β2木糖苷酶的影响作用不同,当搅拌速率为180r/min 时,低聚木糖的得率最高。3.3　在搅拌条件下,利用木聚糖酶水解木聚糖制备低聚木糖的酶解过程可在1～2h 内完成,继续延长酶解时间将降低低聚木糖的得率。3.4　优化后的木聚糖酶水解制备低聚木糖的工艺条件为:取底物木聚糖质量浓度30g/L 、木聚糖酶体积用量为1%和搅拌速率180r/min ,酶解2h 后对应的低聚木糖和总糖得率分别为35.2%和41.9%,产品酶解液中木二糖至木五糖类低聚糖占总固形物的25.9%。参考文献:

[1]徐勇,余世袁,等.培养条件对低聚木糖增殖青春双歧杆菌的影响[J ].林产化学与工业,2001,21(3):34238.[2]洪枫,等.木低聚糖的分离提纯和定性分析[J ].食品与发酵工业,1999,25(2):35.

[3]SADDL ER J N.Bioconversion of Forest and Agricultural Plant Residues[M ].U K Wallingford :CAB ,1993.

[4]G OMES I ,et al.Production of cellulase and xylanse by a wild strain of T richoderm a viv ride [J ].Appl Microb ,1992,36:701.

[5]LND Y L R ,et al.Environmental potential of the T richoderm a reesei [J ].MIRCEN J ,1986,(2):39.

[6]MAR Y M F ,et al.Purification and characterization of endo 2xylanase from Aspergillus niger [J ].Biotechnol Bioeng ,1985,27:5252532.

[7]ADRIAN E M F ,et al.Characterization of xylanase production by a local isolate of Penicillium janthinelum [J ].Enzyme Mi 2crob Technol ,1993,15:2482253.

[8]郑建仙.功能性食品[M ].北京:中国轻工业出版社,1995.

STUD Y ON ENZYMA TIC H YDROL YSIS OF XY LAN

IN TO XY LO 2OL IGOSACCHARID E

XU Y ong ,CHEN Mu ,YU Shi 2yuan ,YON G Qiang ,YAO Chun 2cai

(College of Chem ical Engi neeri ng ,N anji ng Forest ry U niversity ,N anji ng 210037,Chi na )

Abstract :In the preparation of xylo 2oligosaccharide by enzymatic hydrolysis of xylan ,effects of xylanase and cellulase were com 2pared ,the effect of agitation rate and time dependence were studied in 102litter tank.Results showed that the optimum hydrolyt 2ic conditions were :xylan concentration 30g/L ,xylanase loading 1%(volume ratio )and agitation rate 180r/min ,under which yields of xylo 2oligosaccharide and total sugar after 2hours were 35.2%and 41.9%respectively ,and oligomeric xylan of DP 2-5constituted 25.9%of solid in the substrate product.

K ey w ords :xylo 2oligosaccharide ;enzymatic hydrolysis ;xylanase

60　林　产　化　学　与　工　业

第22卷

木聚糖酶及其应用

木聚糖酶及其应用 姓名：程婷婷学号：20083768 班级：食品科学与工程专业08级本科2班摘要：木聚糖是一种多聚五碳糖，是植物半纤维素的主要成分，是仅次于纤维素的第二丰富的可再生资源。木聚糖木聚糖结构复杂，完全降解需要多种酶的参与，其中β-1，4-内切木聚糖酶能够以内切方式作用于木聚糖主链产生不同长度的木寡糖和少量的木糖，是木聚糖降解酶系中最关键的酶。木聚糖酶是可将木聚糖降解成低聚木糖和木糖的水解酶,在食品、制浆造纸、饲料等行业上有着广阔的应用前景.本文主要从木聚糖酶的分类、特性及其应用等方面进行阐述。 关键词：木聚糖酶；分类；特性；应用 木聚糖是以木吡喃糖为单位的由β-1， 4键连接的半纤维素，富含于阔叶树和大多数一年生植物体内，是一种重要的可再生资源，仅次于纤维素。它多为异聚多糖，结构变化范围很大，从β-1，4糖苷键相连接的多聚木糖线性分子到高度分枝的异质多糖。目前，木聚糖酶主要由微生物生产，已报道能生产木聚糖酶的微生物有丝状真菌、细菌和链霉菌等。微生物产生的木聚糖酶具有多样性，即常常产生不止一种类型的木聚糖酶，而且这些木聚糖酶的特性也存在差异。木聚糖酶可广泛应用于食品、制浆造纸、饲料等行业。 1木聚糖酶的分类 1.1木聚糖酶 木聚糖酶是指能够降解半纤维素木聚糖的一组酶的总称，主要包括三类:内切-β-1,4一木聚糖酶，作用于木聚糖和长链木寡糖，从β-1,4一木聚糖主链的内部切割木糖苷链，从而使木聚糖降解为木寡糖，其水解产物主要为木二糖与木二糖以上的寡聚木糖，也有少量的木糖和阿拉伯糖;外切-β-1,4一木聚糖酶，作用于木聚糖和木寡糖的非还原端，产物为木糖; β-木糖苷酶,该酶通过切割木寡糖末端而释放木糖残基[1]。 1.2根据所水解的木聚糖苷键类型 木聚糖酶可分为β-1,4糖苷键木聚糖酶和β-1,3糖苷键木聚糖酶两类。陆上植物的木聚糖酶均属β-1,4糖苷键木聚糖酶，而β-1,3糖苷键木聚糖酶大都

木聚糖酶研究进展

木聚糖酶研究进展 刘亮伟 河南农业大学生命科学学院 郑州 450002 文化路 95 号llw321@https://www.wendangku.net/doc/fc10402655.html, 科学技术的进步给21世纪的人类带来了便利,也给人类带来了前所未有的压力：人口膨胀、能源危机、环境污染、资源匮乏，所有这些问题的本源是能源危机。与能源匮乏相矛盾，自然界通过光合作用赋予人类大量可再生资源：如纤维素和半纤维素，作为继纤维素后第一大生物资源的半纤维素在农业和木材工业中是常见的废弃物，它作为可再生资源的一个有利条件是它比纤维素更易于提取和水解。秸秆中半纤维素含量占其总干重的25～50%，其化学结构较纤维素复杂得多，由D-木糖通过β-1,4-糖苷键相连成的主链和少量L-阿拉伯糖侧链所组成[1]，这种D-木糖单元在硬木和软木中平均聚合度分别是150－200和70－130，要得到能够利用的单糖必须通过以木聚糖酶为主的半纤维素酶系协同作用进行水解而完成[2]。 内切-1,4-β-木聚糖酶（E.C 3.2.1.8）是一种内切糖苷酶，能够水解木聚糖这类自然界中最丰富的半纤维素，同自然界中五碳糖的循环相联系，在能量循环中占有重要地位。在古代人们就已经在生产过程中间接地利用各种酶进行生产：如酿酒、制作奶酪、烘焙面包、修饰淀粉等。1986年，Viikarri发现了木聚糖酶在纸浆漂白和造纸工业中能够降低环境污染物品的用量[3]，伴随着人类对于可持续性发展和环境的重视，木聚糖酶在工业上的应用明显增加，在1997-2002年间的5年中，纸浆造纸业用酶由1.0亿美元增加到1.92亿元，增长率为16.2%，是所有酶制品行业中增长率最快的。 1木聚糖酶的应用 1.1在纸浆造纸工业中应用 木聚糖酶最重要的用途是在纸浆造纸工业中对于纸浆的漂白。因为环境污染最大的来源是纸浆造纸工业中的废水。根据资料显示仅仅美国每年用于纸浆漂白的氯化物或次生氯化物用量就有200多万吨[4]。因为纸浆漂白污水中含有有毒物质，并且这些物质能在生态系统的生物和非生物组成中积累，如氯苯、氯二苯和其它氯化木质素次生物[5; 6]。这些化学物质对环境危害很大，据有关研究显示既便是远离造纸厂10公里以外的鱼群都会受到纸浆漂白污水中有害物质的负面影响[7]，这种受到污染的鱼可以直接或间接地影响人类的身体健康。木聚糖酶的作用就是对木聚糖进行水解从而加快了纸浆中木质素的释放，色素物质所以能够比较容易地从纤维素中释放出来。经实验证实，木聚糖酶的漂白效果比木质素降解酶好得多，这是因为木质素大部分交联在半纤维素上，而半纤维素比木质素更容易解聚[8]。利用木聚糖酶相应地比其它酶进行多聚物降解时，碳水化合物水解速度要快2-3倍[9]。经木聚糖酶处理后的纸浆漂白可以降低20%-40%漂白剂用量 [10]。

食品生物化学 木聚糖酶及其应用

附件一: 新疆农业大学 专业文献综述 题目: 木聚糖酶及其应用 姓名: 全莉 学院: 食品科学与药学学院 专业: 食品科学与工程 班级: 食科112班 学号: 114031226 指导教师: 蓬焕明职称: 副教授 20012 年12 月20 日 新疆农业大学教务处制

木聚糖酶及其应用 姓名：全莉指导老师：蓬焕明 摘要：木聚糖是一种多聚五碳糖，是植物半纤维素的主要成分，是仅次于纤维素的第二β-1，4-内切木聚糖酶能够以内切方式作用于木聚糖主链产生不同长度的木寡糖和少量的木糖，是木聚糖降解酶系中最关键的酶。木聚糖酶是可将木聚糖降解成低聚木糖和木糖的水解酶,在食品、制浆造纸、饲料等行业上有着广阔的应用前景.本文主要从木聚糖酶的分类、特性及其应用等方面进行阐述。 关键词：木聚糖酶；分类；特性；应用 引言：丰富的可再生资源。木聚糖木聚糖结构复杂，完全降解需要多种酶的参与，其中木聚糖是以木吡喃糖为单位的由β-1， 4键连接的半纤维素，富含于阔叶树和大多数一年生植物体内，是一种重要的可再生资源，仅次于纤维素。它多为异聚多糖，结构变化范围很大，从β-1，4糖苷键相连接的多聚木糖线性分子到高度分枝的异质多糖。目前，木聚糖酶主要由微生物生产，已报道能生产木聚糖酶的微生物有丝状真菌、细菌和链霉菌等。微生物产生的木聚糖酶具有多样性，即常常产生不止一种类型的木聚糖酶，而且这些木聚糖酶的特性也存在差异。木聚糖酶可广泛应用于食品、制浆造纸、饲料等行业。 正文： 1 木聚糖酶的分类 1.1木聚糖酶 木聚糖酶是指能够降解半纤维素木聚糖的一组酶的总称，主要包括三类:内切-β-1,4一木聚糖酶，作用于木聚糖和长链木寡糖，从β-1,4一木聚糖主链的内部切割木糖苷链，从而使木聚糖降解为木寡糖，其水解产物主要为木二糖与木二糖以上的寡聚木糖，也有少量的木糖和阿拉伯糖;外切-β-1,4一木聚糖酶，作用于木聚糖和木寡糖的非还原端，产物为木糖; β-木糖苷酶,该酶通过切割木寡糖末端而释放木糖残基[1]。 1.2 根据所水解的木聚糖苷键类型 木聚糖酶可分为β-1,4糖苷键木聚糖酶和β-1,3糖苷键木聚糖酶两类。陆上植物的木聚糖酶均属β-1,4糖苷键木聚糖酶，而β-1,3糖苷键木聚糖酶大都存在于海藻及海洋生物中。按木聚糖酶的序列同源性和疏水族，木聚糖酶分别属于糖苷水解酶的两个家族，即F家族(10家族)和G家族(11家族),属于同一家族的木聚糖酶催化区域具有同源性，可以根据已知家族的酶来推测未知酶的催化特性[2]。F家族的木聚糖酶分子量高，结构复杂，通常生成较小的低聚糖，该家族的木聚糖酶可以作用于对硝基苯和对硝基苯纤维二糖，与底物结合需要较少数量的点;G家族的木聚糖酶则对木聚糖有很高的特异性。 1.3 依据木聚糖酶对底物的特异性 木聚糖酶可分为特异性木聚糖酶和非特异性木聚糖酶。特异性木聚糖酶特异作用于木聚糖底物，非特异性酶除作用于木聚糖外，还能作用于纤维素及人工底物，称双功能酶。

蛋白类木聚糖酶研究进展

蛋白类木聚糖酶抑制剂研究进展 专业：09生物工程班级：09级1班作者:许斌指导老师：龚妍春 摘要：木聚糖酶已广泛应用于饲料、食品加工、纸浆漂白等领域, 然而近年研究小麦等谷物中存在一种能抑制木聚糖酶活性的蛋白质性质的成分, 称为木聚糖酶抑制蛋白。木聚糖酶抑制蛋白具有多型性, 但不同类型抑制蛋白都只作用于外源木聚糖酶,而对谷物内源性木聚糖酶没有抑制作用。这就对木聚糖酶应用领域中酶功效的发挥提出了挑战: 抑制蛋白的存在是否影响外加木聚糖酶的作用? 本文综述了三类木聚糖酶抑制蛋白的分子结构抑制特性，阐明蛋白类抑制剂与木聚糖酶之间的互作机理, 为最大限度的发挥木聚糖酶功效奠定理论基础。简要介绍了木聚糖酶抑制蛋白对谷物的影响作用。 关键词:木聚糖酶;木聚糖酶抑制蛋白;抑制特性 1.引言 木聚糖作为植物中的一种主要的非淀粉多糖，含量仅次于纤维素，是自然界中第二大丰富的多聚糖。木聚糖是植物细胞壁多糖中半纤维素的主要成分，主链由D- 吡喃型木糖残基通过B-1, 4-糖苷键连接而成，主链上一般还带有少量的乙酰基、葡萄糖醛酸基、阿拉伯糖基等侧链取代基[1]。内切B-1-4木聚糖酶(EC3.2.1.2，简称木聚糖酶) 是专一性水解木聚糖主链的酶，将大分子木聚糖降解成低聚木糖、木二糖及少量的木糖，木聚糖酶主要由微生物产生，但一些藻类、原生动物、甲壳类动物和植物等也能产生木聚糖酶。根据催化结构域氨基酸的同源性和疏水簇分析法，木聚糖酶可分为GH10家族（包括植物酶类、真菌酶类和细菌酶类等）和GH11家族（包括真菌酶类和细菌酶类）2个家族。已知的禾谷类所产的木聚糖酶都属于GH10 家族，而微生物产生的木聚糖酶则属于F10 或G11 两个家族[2]。木聚糖除了在饲料工业中应用之外，在造纸制浆、食品加工等领域均有涉及。然而, 近年的研究发现微生物木聚糖酶的活性在体外试验中会被来自小麦等谷物的一种蛋白质性质的成分所抑制, 这种成分即木聚糖酶抑制蛋白。由于实验室应用试验所加木聚糖酶的量总是大于实际应用过程中的酶用量, 因此可以推测实际应用中外加的木聚糖酶也会受到基质中抑制蛋白的抑制作用, 从而影响用酶工艺过程[3]。许多有益微生物产生的木聚糖酶已经广泛应用于饲料面包焙制淀粉加工纸浆生物漂白等领域，而植物病原菌的木聚糖酶有方面作用:

木聚糖酶

木聚糖酶 本品精选优良菌株，经液体深层发酵精制而成的高效浓缩酶制剂。适用于饲料、食品、酿造、果蔬汁加工、纺织等行业。 作用原理 木聚糖是一种多聚五碳糖，为半纤维素的主要成分之一。木聚糖酶是一类降解木聚糖分子中β-1，4-木糖苷键的酶系，主要包括内切β- 1,4-木聚糖酶和β-木糖苷酶。内切β-1,4-木聚糖酶以内切方式作用于木聚糖主链内部的β-1,4-木糖苷键，其主要水解产物为低聚木糖和少量木糖。β-木糖苷酶通过水解低聚木糖的末端来催化释放木糖残基。木聚糖彻底降解为木糖需要这两种酶的共同参与。 理化性质 外观：黄色或白色粉剂及黄色液体. 作用pH范围：pH3.0-7.0，最适pH为5.0 作用温度范围：30-75℃，最适温度为50℃。 产品酶活 木聚糖酶酶活：1~30万u/g 酶活单位(U)定义：在50℃、pH5.0条件下，每分钟水解木聚糖产生1μg还原糖所需要的酶量定义为1个酶活力单位。 使用方法 本品可应用于饲料、食品、酿造、果蔬汁加工，植物提取、纺织等行业。因应用领域和生产条件等不同用量与用法而有所改变。用户也可以结合自己的工艺条件通过试验确定最佳使用方案。 5.包装规格

25kg/桶。 6.运输与贮存 运输时应避免日晒，贮存于阴凉干燥环境中（25℃以下可保存18个月）。 中性蛋白酶 中性蛋白酶采用枯草芽孢杆菌经深层发酵提炼而成。广泛应用于酒精、啤酒、味精、淀粉糖、发酵工业的液化以及纺织、印染退浆等. 一、产品性状: 1 、产品规格： 固体型分为 50000--100000u/g 。. 2、 1g固体酶粉在30℃，pH7.5条件下，1min水解酪素产生1ug酪氨酸所需的酶 量为1个酶活力单位，以u/g表示。 二、产品特性: 1 、热稳定性：最适作用温度40℃～50℃ 。 2 、 PH 稳定性：最适作用pH6.5～7.5，PH5.0 以下失活严重。 三、应用工艺（根据试验情况进行调整） 1、饲料用酶：该酶与a-淀粉酶、酸性蛋白酶、纤维素酶、糖化酶等复合使用。可以广泛应用于仔猪、育成猪、禽类、鱼类饲喂。参考用量为3-10u/g。 2、用于皮革脱毛：酶脱毛（35-42℃，pH7.5，20-25u/ml）→水洗→浸酸→揉制。 3、用于胶片回收：45℃，pH7.0-7.5，用20-23u/ml进行回收。 4、用于丝绸脱胶：预处理→脱水→酸处理（蛋白酶18-24u/ml，肥皂0.75%， 48-50℃，30-60分钟，pH 7-8）→脱水→扯皮→冲洗→脱水→抖松→烘干→抖松。 5、医药工业：含中性蛋白酶的药物，可起到消炎、利胆、止痛、助消化的功效。 6、焙烤行业的应用：改善成品的光泽，结构均匀一致，口感松爽酥脆。 四、注意事项 1、此产品可完全溶于水，使用安全可靠。操作时请勿直接与酶制剂接触，若有

粗粮含蛋白酶抑制剂

粗粮含蛋白酶抑制剂。荞麦、燕麦、莜麦、高粱面、红薯等粗粮中，含有抗营养素蛋白酶抑制剂。其中，荞麦、莜麦含量最高。粗粮发酵以后，酵母菌大大降低蛋白酶抑制剂的活性，所以粗粮发酵后蒸窝头、贴饼子等食用为好。 各种粗 粮 甘蓝含有硫苷。卷心菜、紫甘蓝、荠菜、萝卜、洋葱、花菜等十字花科蔬菜中，含有抗营养素——硫苷。硫苷降解的某些产物能抑制甲状腺素的合成和对碘的吸收。硫苷具有两面性，虽然它有副作用，但对子宫癌、乳腺癌等多种癌有显著的抑制作用。硫苷对热敏感，将蔬菜炒熟后，可去除其中的大部分硫苷。理想的做法是，将其一半生吃一半熟吃，这样既可保留防癌成分，又有利于其他营养成分的吸收。 黄瓜等含有抗坏血酸氧化酶。黄瓜、西葫芦、莴笋、水芹、花菜、南瓜等食物中，含有抗营养素——抗坏血酸氧化酶。抗坏血酸氧化酶会破坏蔬菜和水果中维生素C的含量。所以食用黄瓜时不必切开，生吃即可。西葫芦、莴笋、水芹、花菜等蔬菜宜大火快炒，最好不要加醋。 蛋白质抑制剂:这是大豆和其它豆类中存在的一种特殊蛋白质，可以抑制体内胰蛋白酶等十几种消化酶的流活性，其代表为胰蛋白酶抑制剂，它能抑制蛋

白酶对蛋白质的消化吸收。它需经蒸发气加热30分钟或高压蒸气加热15~2 0分钟才能被破坏。 皂角素：大豆中含有的皂角素，对消化道粘膜有强烈的刺激性，人吃了没有煮熟的大豆或豆浆，常会产生恶心、呕吐、腹痛、腹泻等症状，就是由于皂角素没有完全破坏所引起。皂角素需加热至100度才破坏，因此食用豆类或豆浆必须煮开10~20分钟后才能食用。 凝血素：也是一种特殊蛋白质，称为植物血球凝集素，可使人体细胞凝集，但加热即可被破坏，或在体内经蛋白酶作用也可使其失去活性，不致被肠道吸收后引起凝血。 棉子糖合成酶:众所周知，多吃大豆后肚子容易胀气。其原因是大豆中含有一种棉子糖合成酶，它进入人体后，可以合成大量低聚糖，如棉子糖、水苏糖等。这些糖不能被子人体吸收，大部分在肠中被细菌分解利用，同时产生大量二氧化碳、氢和甲烷。但大豆充分加熟后，此酶即被破坏，产气也随之减少；加工成豆制品或发酵制品也可去除这种酶，故吃豆腐、腐乳等豆制品就不会胀气。 植酸:这是一种含磷化合物，一般植物性食品中都含有。但大豆中含量很高，大豆中占60%~80%的磷都是以植酸形式存在，植酸可与蛋白质、无机盐及矿物元素钙、磷、铁、锌等结合而影响其消化吸收。大豆中的锌很难吸收，就是受了植酸的影响，可利用发芽米分解植酸，提高大豆中铁、锌、钙、镁等矿物元素的生物利用率。

木聚糖酶分子结构与重要酶学性质关系的研究进展

21卷1期2005年1月 生　物　工　程　学　报 Chinese Journal o f Biotechnology V ol.21　N o.1 January 2005 　 Received :July ,13,2004;Accepted :September ,16,2004. This w ork was supported by G rant from Chinese National Programs for H igh T echnology Research and Development (863)(N o.2001AA214041). 3C orresponding author.T el :86210268975126;E 2mail :yaobin @https://www.wendangku.net/doc/fc10402655.html,. cn 国家高技术研究与发展计划(863计划)项目资助(N o.2001AA214041)。 木聚糖酶分子结构与重要酶学性质关系的研究进展 R ecent Advances in Structures and R elative E nzyme Pro 2 perties of X ylanase 杨浩萌1 ,姚　 斌 13 ,范云六 2 Y ANG Hao 2Meng 1,Y AO Bin 13and FAN Y un 2Liu 2 11中国农业科学院饲料研究所, 北京　10008121中国农业科学院生物技术研究所,北京　100081 11F eed Research Institute ,Chinese Academy o f Agricultural Sciences ,Beijing 100081,China 21Biotechnology Research Center ,Chinese Academy o f Agricultural Sciences ,Beijing 100081,China 摘　要　木聚糖是一种多聚五碳糖,是植物细胞中主要的半纤维素成分。木聚糖酶是可将木聚糖降解成低聚木糖和木糖的水解酶,它在饲料、造纸、食品、能源工业和环境科学上有着广阔的应用前景。随着分子生物学、结构生物学的发展及蛋白质工程的应用,对木聚糖酶结构和功能的研究不断深入。这里重点阐述与酶的活性、热稳定性、作用pH 、等电点、底物亲和性及催化效率等重要性质相关的分子结构研究进展,讨论了其进一步的研究发展方向。研究木聚糖酶结构与功能的关系,对进一步加深木聚糖酶作用机制的了解、指导木聚糖酶的分子改良有重要意义。关键词　木聚糖酶,结构与功能,催化残基,热稳定性,pH 性质,底物亲和性中图分类号　Q556 文献标识码　A 文章编号100023061(2005)0120006206 Abstract X ylanase can hydrolyze xylans into xyloolig osaccharides and D 2xylose ,and has great prospect for applications in feed industry ,paper and pulp industry ,food industry and environment science.The study of xylanase had been started in 1960’s.W ith the development and application of the new technologies ,such as m olecular biology ,structural biology and protein engi 2neering ,many progresses have been made in the research of structures and functions of xylanase.This paper reviews the research progress and trend in the structure correlating with the im portant properties of xylanase.Analyses of three 2dimensional structures and properties of mutants have revealed that glutam ine and aspartic acid residues are inv olved in the catalytic mechanism.The therm ostability of xylanase correlated with many factors ,such as disulfide bridges ,salt bridges ,aromatic interactions ,cotent of arginine and proline ,and some multidomain xylanase have therm ostability domains in N or C term inal.But no single mechanism is responsible for the remarkable stability of xylanase.The isoelectic points and reaction pH of xylanase are in fluenced by hydropho 2bicity and content of electric charges.M any researches had dem onstrated that aromatic am ino acid ,histidine ,and tryptophan play an im portant role in im proving enzyme 2substrate affinity.The researches of structures and functions of xylanase are of great signifi 2cance in understanding the catalytic mechanism and directing the im provement of xylanase properties to meet the application requirement. K ey w ords xylanase ,structure and function ,catalytic residures ,therm ostability ,pH properties ,substrate affinity

文献综述木聚糖酶的研究及应用前景

木聚糖酶的研究及应用前景 （张海珍1吴萍2） （张海珍江苏省灌云县伊山高级中学 222200 吴萍安徽科技学院生命科学院 233100） 摘要：对木聚糖酶的特性及其在国内外的研究进展作了介绍，详细阐述了木聚糖酶在造纸、食品、饲料、酿酒、烘烤等工业及其在生产单细胞蛋白、生物制药、液体或气体燃料、糖浆、饮料等方面的巨大潜力及十分诱人的应用前景。 关键词：木聚糖酶特性研究进展应用前景 木聚糖酶（endo—1,4—β—D—xylan xylanohydrolase, EC. 3. 2. .1. 8）是一类以内切方式降解木聚糖分子中的β—1 ,4--木糖苷键的水解酶类。该酶在造纸工业上可用于预漂纸张，提高木素溶出率，改善纸张性能且减少环境污染。在食品工业中利用木聚糖酶降解半纤维素的主要成分，木聚糖生产低聚木糖具高附加的产品。在饲料工业中可提高饲料的能量值和禽。畜对饲料的利用率，并且在饮料和制药，溶剂，糖浆，气体或液体燃料等行业中也具有巨大潜力，其前景十分诱人。因此，木聚糖酶的开发具有重要的经济和社会价值意义。 1．木聚糖酶的特性 木聚糖酶（endo—1,4—β—D—xylan xylanohydrolase,EC·3·2·1·8）是一类以内切方式讲解木聚糖分子中的β—1，4—木糖苷键的水解酶类。包括内切β—木聚糖酶、外切β—木聚糖酶和β—木二糖苷酶。其主要水解产物为木二糖和木二糖以上的低聚木糖，还有少量木糖和阿拉伯糖。[1] 木聚糖酶按其序列同源性和疏水族分析属于糖苷水解酶的两个家族，即F家族（10家族）和G家族（11家族），属于同一家族的木聚糖酶催化区域具有同源性，可根据已知家族的酶来推测未知酶的催化特性。F家族的木聚糖酶分子量高，复杂，通常产生较小的聚糖；F家族则具有较高的特异性[4,10]。 木聚糖酶体（xylanosome）是在微生物表面分离到的多酶复合体。[2]这些复合体在半纤维素的降解中起重要作用。现在已知能够产木聚糖酶的微生物包括细菌、真菌、黑曲霉、木霉等。不同来源的木聚糖酶催化特性是有差异的，它们各自有其不同的PH值和最适温度。已证实放线菌和细菌的最适生长和产酶PH 接近于中性；耐碱性杆菌PH值在9—10；而真菌却较适合酸性条件[15]，且能分泌胞外木聚糖酶的水平高于酵母菌[10,11,12]和细菌[2,13]，从而格外引起研究人员的关注。

木聚糖酶是一种最主要的木聚糖降解酶类

木聚糖酶是一种最主要的木聚糖降解酶类。它主要通过内切方式降解木聚糖中β-1,4木糖苷键，水解产物以木寡糖为主，并伴有少量的木糖和阿拉伯糖。 产品规格 型号酶活剂型包装规格 FE504A10000 IU/g粉状20 kg/袋或桶 FE504B20000 IU/g粉状20 kg/袋或桶 FE504C30000 IU/g粉状20 kg/袋或桶 FE504D50000 IU/g粉状20 kg/袋或桶 FE504AL10000 IU/ml液体30 kg/桶或200 kg/桶FE504BL20000 IU/ml液体30 kg/桶或200 kg/桶FE504CL30000 IU/ml液体30 kg/桶或200 kg/桶 产品特点 ●采用新型国际专利菌种生产，产品性能优良，使用效果得以保证； ●先进的全自动液体深层发酵技术，领先的后处理加工工艺，保障了产品的 高纯度、高稳定性和良好的均匀度； ●采用基因工程技术改良发酵菌种，使内切酶活性大幅度提高，是普通木聚 糖酶的2.5～3.5倍； ●对不溶性木聚糖的降解能力显著提高，是普通木聚糖酶的3～6倍； ●有良好的对高温高湿的耐受能力，在饲料制粒条件下，制粒后的酶活可以 保持80％以上，保证了其在颗粒饲料中的使用效果； ●有良好的对动物胃酸、胃蛋白酶、胰蛋白酶和高浓度金属离子的耐受能力， 保证了其在动物生产中的使用效果； ●对饲料原料中木聚糖酶抑制因子有很好的耐受能力，保证了其对饲料中木 聚糖的良好降解效果。 产品功能 ●有效降解植物饲料中的抗营养因子——木聚糖，消除其抗营养作用，降低 食糜粘度，提高饲料养分的消化率和吸收利用率； ●与纤维素酶一起作用，有效摧毁植物细胞壁结构，促进植物细胞内其它营 养物质释放，提高原料中营养物质的利用率；

木聚糖酶作用机理

木聚糖酶作用机理及区分木聚糖内外切酶测定方法探讨2007-08-01 13:01:27 作者：汤海鸥来源：挑战部文字大小：【大】【中】【小】 近年来，木聚糖酶以其特有降解阿拉伯木聚糖，消除阿拉伯木聚糖对动物的抗营养作用，已成为一种在养殖业中广泛应用的酶制剂。特别是基因工程菌株性木聚糖酶以其稳定性好，降解效率高等特点引起了人们的广泛关注。然而木聚糖酶是降解半纤维素木聚糖的一组酶的总称，要想很好的应用木聚糖酶制剂产品，必须对木聚糖酶的作用机理有较深的了解。同时，在实际生产应用中木聚糖内切酶和外切酶的协同作用对木聚糖降解至关重要，但对于如何应用检测方法去区分木聚糖内外切酶的性质却很少关注。由此，本文首先从分子角度对木聚糖酶的作用机理进行了论述，然后对区分木聚糖酶系中内切酶和外切酶的检测方法进行了探讨，意欲对木聚糖酶制剂产品在生产上更好的应用提供帮助。 1. 木聚糖酶作用机理 木聚糖是由β－1,4或β－1,3糖苷键连接的一种杂合多聚分子。主链由多个吡喃木糖基通过木糖苷键相连，侧链上连着多种不同大小的短的取代基,主要有乙酰基、4-甲基-D-葡糖醛酸残基、L-阿拉伯糖残基等。这些侧链与植物细胞中其它几种结构性多糖(如木质素、纤维素、果胶、葡聚糖等)以共价或非共价键连接,组成植物细胞重要的结构——细胞壁。木聚糖主要存在于植物细胞的次生壁中,处于木质素及其它多聚糖之间,起着连接作用。也正由于这些侧链的不同,使得木聚糖的结构变化范围很大,从仅由β-1,4-糖苷键连接的多聚木糖线性分子到高度分枝的异质多糖。因此，要使木聚糖完全降解则需要多种水解酶的协同作用，这其中包括主链水解酶β－D －1,4内切木聚糖酶、β－D－1,4外切木糖苷酶和侧链水解酶a－L－阿拉伯呋喃糖苷酶、a－葡萄糖醛酸酶和乙酰木聚糖酯酶等。 木聚糖降解时，起主要作用的酶是β－D－1,4内切木聚糖酶和β－D－1,4外切木糖苷酶。β－D－1,4内切木聚糖酶以内切方式作用于木聚糖主链内部的β- 1，4木糖苷键,其主要水解产物为低聚木糖、木寡糖、木二糖等；β－D－1,4外切木糖苷酶通过水解低聚木糖、木寡糖等的非还原性末端来催化释放木糖残基。另外, 参与彻底降解木聚糖的还有a－L－阿拉伯呋喃糖苷酶、α-葡萄糖醛酸苷酶、乙酰木聚糖酯酶及能降解木聚糖上阿拉伯糖侧链残基与酚酸(如阿魏酸或香豆酸)形成的酯键酚酸酯酶等侧链水解酶，它们作用于木糖与侧链取代基之间的糖苷键，协同主链水解酶的作用最终将木聚糖转化为它的组成单糖。

蛋白酶抑制剂的研究进展

蛋白酶抑制剂的研究进展 郭川 微生物专业，200326031 摘要：自然界共发现四大类蛋白酶抑制剂:丝氨酸蛋白酶抑制剂、巯基蛋白酶抑制剂、金属蛋白酶抑制剂和酸性蛋白酶抑制剂，本文就各大类蛋白酶抑制剂的结构特点，活性部位的研究概况及其在各领域应用的原理及进展。 关键词：蛋白酶抑制剂；结构；应用 天然的蛋白酶抑制剂(ＰＩ)是对蛋白水解酶有抑制活性的一种小分子蛋白质,由于其分子量较小,所以在生物中普遍存在。它能与蛋白酶的活性部位和变构部位结合,抑制酶的催化活性或阻止酶原转化有活性的酶。在一系列重要的生理、病理过程中:如凝血、纤溶、补体活化、感染、细胞迁移等，PI发挥着关键性的调控作用,是生物体内免疫系统的重要组成部分。从Ｋｕｎｉｔｚ等最早分离纯化出一种ＰＩ至今,已有多种ＰＩ被发现,根据其作用的蛋白酶主要分以下几类:抑制胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶等的丝氨酸蛋白酶抑制剂,抑制木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶等的巯基蛋白酶抑制剂,抑制胃蛋白酶、组织蛋白酶Ｄ等的羧基蛋白酶抑制剂、抑制胶原酶、氨肽酶等的金属蛋白酶抑制剂等。而根据作用于酶的活性基团不同及其氨基酸序列的同源性,可将自然界发现的PI分为四大类:丝氨酸蛋白酶抑制剂、巯基蛋白酶抑制剂(半胱氨酸蛋白酶抑制剂)、金属蛋白酶抑制剂和酸性蛋白酶抑制剂[1]。 1 结构与功能 1.1丝氨酸蛋白酶抑制剂（Serine Protease Inhibitor,Serpin） 丝氨酸蛋白酶抑制剂是一族由古代抑制剂趋异进化5亿年演变而来的结构序列同源的蛋白酶抑制剂。Sepin为单一肽链蛋白质。各种serpin大约有30％的同源序列，疏水区同源性高达70％。血浆中的serpin多被糖基化，糖链经天东酰胺的酰胺基与主链相连。位于抑制性serpin表面、距C端30～40个氨基酸处的环状结构区RSL（reactive site loop）中，存在能被靶酶的底物识别位点识别的氨基酸P1[2]；近C端与P1相邻的氨基酸为P1’，依此类推，即肽链结构表示为N端-P15～P9～P1-P1’～P9’～P15’-C端。在对靶酶的抑制中。Serpin 以RSL中的类底物反应活性位点与靶酶形成紧密的不易解离的酶-抑制剂复合物，同时P1-P1’间的反应活性位点断裂。几种perpin氨基酸序列比较发现，serpins各成员的抑制专一性是由P1决定的，且被抑制的酶特异性切点一致。如抗凝血酶，抑制以Arg羧基端为敏感部位的丝氨酸蛋白酶，其中P1为Arg[2]。 1.2巯基蛋白酶抑制剂（Cytsteine Proteinase Inhiitor，CPI） 对于丝氨酸蛋白酶抑制剂(SPI)已有大量研究,巯基蛋白酶抑制剂(CPI)的研究则相对要晚一些。而动物和微生物来源的CPI已有一些研究,发现它们在结构上具有同源性,Barrett等将CPI统称为胱蛋白超家族,并按分子内二硫键的有无与数量,分子量大小等将此家族分为3个成员(F1、F2、F3)。在3个家族中,大多数F1和F3的CPI中都有Glu53-Val54-Val55-Ala56-Gly57保守序列,其同源序列在其它CPI中也被发现,如Ｆ2中的Gln-Ｘ-Val-Ｙ-Gly和CHα-ras基因产物中的Gln-Val-Val肽段。人工合成的Glu-Val-Val-Ala-Gly 短肽也显示对木瓜蛋白酶有抑制活性,因此可以认为这一保守区段在抑制活性中起着全部或部分的关键作用[3]。对植物来源的ＣＰＩ研究的不多,已有报道的有水稻、鳄梨和大豆。水稻巯基蛋白酶抑制剂(Oryzacystatin,OC) 具有102个氨基酸残基,有典型的Glu-Val-Val-Ala-Gly保守序列,应与动物CPI同源进化而来。从OCI没有二硫键来看,它应归为F1成员,但从序列比较看,则更接近F3。对OCIGlu---Gly保守序列进行点突变试验表明,突变使其抑制活性大幅度下降,其中当Glu被Pro替代时则活性全无,由此说明,这一段保守序列在OCI的抑制活性中,同动物CPI一样必不可少。除Glu---Gly保守区域外,OCI序列中其

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 https://www.wendangku.net/doc/fc10402655.html, 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 https://www.wendangku.net/doc/fc10402655.html, 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

木聚糖酶在工业上的应用

真菌中的木聚糖酶:性能及其在工业上的应用 摘要：木聚糖是半纤维素的主要类型。这是一个由木二糖通过1,4位糖苷键连接的线性聚合物。在自然界中，多糖的分子骨干可以被4-O-甲基-α-D-吡喃葡糖醛酸、乙酰基、α-L-阿拉伯呋喃糖基等比例添加。木聚糖的水解主要是酶的复合物承担，但主要参与的酶是内切β-1，4-D-木聚糖酶和β-D-木糖苷。这些酶可由真菌、细菌、酵母、海洋藻类、原生动物、蜗牛、甲壳类动物、昆虫、种子等产生,但是主要商业来源是丝状真菌。最近,有很多工业对木聚糖及其其水解酶感兴趣,主要是其可用于补充动物饲料、生产面包、食物和饮料、纺织品、纤维素纸浆的漂白、乙醇和木糖醇的生产。本文描述了一些木聚糖的特性和它的新陈代谢,木聚糖酶的生化特性以及其商业应用。

一、木聚糖结构 阿拉伯木聚糖已确定在小麦、黑麦、大麦、燕麦、大米、高粱、以及其他一些植物中发现，如：盘固草、竹笋和黑麦草。尽管这些多糖是次要部分对于的整体的谷物,但它们是构成植物细胞壁的重要组成部分(Izydorczyk和Biliaderis 1995)。葡糖醛酸和葡糖苷酸阿拉伯木聚糖主要位于二层膜结构中，他是一种粘合剂，使非共价键结构与木质素、纤维素和其他聚合物形成一种共价键而粘合，对细胞壁的完整性起到至关重要作用。木聚糖在被子植物中是半纤维素的主要类贡献者，占总干重的15-30%,但在裸子植物中木聚糖的含量会少点，含有7- 12%(Haltrich 1996年)。 图1 O-乙酰基-4-O-甲基葡糖醛酸(a),硬木和阿拉伯-4-O-甲基葡糖醛酸(b),柔软木头的结构。木聚糖酶参与分解木聚糖的有:乙酰酯酶、α-葡萄糖醛酸酶、切木聚糖酶和α-L-阿拉伯呋喃。β-木糖苷酶(c)实现了水解；数据显示碳原子被Ac乙酰基群替换

蛋白酶抑制剂基因及转基因植物研究进展

蛋白酶抑制剂基因及转基因植物研究进展 摘要： 植物蛋白酶抑制剂是除Bt之外又一个愈来愈研究较多的抗虫基因资源，其分布广泛，在豆科、茄科、禾本科、葫芦科及十字花科等植物中存在较多。植物蛋白酶抑制剂抗虫基因主要通过2种途径获得并在多种植物中进行转化，获得抗虫转基因植株。植物蛋白酶抑制剂在基因工程中的应用已有很大的发现进展。 关键字：蛋白酶抑制剂基因作用机理转基因 正文： 一蛋白酶抑制剂作用机理 广泛存在于植物组织中的蛋白酶抑制剂是一种多肽物质, 对许多昆虫有防 卫作用。该基因及其编码区域较小、没有内含子。研究表明, 这些蛋白酶抑制剂在植物对危害昆虫以及病原体侵染的夭然防御系统中担当着重要角色。昆虫饲喂实验发现, 某些纯化的蛋白酶抑制剂具有明显的抗虫作用。利用蛋白酶抑制剂基因来提高植物的抗虫能力, 已成为植物基因工程研究的一个热门领域。在植物中发现有三类蛋白酶抑制剂: 丝氨酸蛋白酶抑制剂, 琉基蛋白酶抑制剂和金属蛋白酶抑制剂。其中对丝氨酸类蛋白酶抑制剂的研究最为透彻, 目前在植物中至少已经发现有6 个家族, 其中的弧豆胰蛋白酶抑制剂, 马铃薯蛋白酶抑制剂兀的抗虫效果最为理想。蛋白酶抑制剂的杀虫机理蛋白酶抑制剂杀虫的机理在于: 它能与昆虫消化道内的蛋白消化酶相互作用形成酶抑制剂复合物( E l ) 阻断或减弱消 化酶的蛋白水解作用。所以, 一旦昆虫摄食进蛋白酶抑制剂, 就会影响外来蛋白的正常消化, 同时, 蛋白酶抑制剂和消化酶形成E l 复合物, 能刺激消化酶的过 量分泌, 通过神经系统的反馈, 使昆虫产生厌食反应。由于蛋白酶抑制剂抑制了昆虫的进食及消化过程, 不可避免地将导致昆虫缺乏代谢中必需的氨基酸, 最终造成昆虫的非正常发育或死亡。 二植物蛋白酶抑制剂基因作用机理及获得的途径 蛋白酶抑制剂基因的作用机理及其应用蛋白酶抑制剂( P l ) 是自然界含量 最为丰富的蛋白种类之一, 存在于所有生命体中。国内外有关抗虫的植物蛋白酶抑制剂基因的获得大多通过2种途径。一种通过从植物不同部位的组织或细胞中提取抗虫活性蛋白，然后分析其起作用的活性核苷酸序列，继而克隆和转化到寄主细胞，进行筛选和选育抗虫树种。利用该方法获得抗虫树种的研究越来越多，该方法中最为关键的环节是蛋白酶抑制剂提取和活性测定方法的选择和建立。植物蛋白酶抑制剂分离和纯化的策略主要依据不同植物中的蛋白酶抑制剂生理生

木聚糖酶作用机理及区分木聚糖内外切酶测定方法探讨

木聚糖酶作用机理及区分木聚糖内外切酶测定方法探讨 近年来，木聚糖酶以其特有降解阿拉伯木聚糖，消除阿拉伯木聚糖对动物的抗营养作用，已成为一种在养殖业中广泛应用的酶制剂。特别是基因工程菌株性木聚糖酶以其稳定性好，降解效率高等特点引起了人们的广泛关注。然而木聚糖酶是降解半纤维素木聚糖的一组酶的总称，要想很好的应用木聚糖酶制剂产品，必须对木聚糖酶的作用机理有较深的了解。同时，在实际生产应用中木聚糖内切酶和外切酶的协同作用对木聚糖降解至关重要，但对于如何应用检测方法去区分木聚糖内外切酶的性质却很少关注。由此，本文首先从分子角度对木聚糖酶的作用机理进行了论述，然后对区分木聚糖酶系中内切酶和外切酶的检测方法进行了探讨，意欲对木聚糖酶制剂产品在生产上更好的应用提供帮助。 1. 木聚糖酶作用机理 木聚糖是由β－1,4或β－1,3糖苷键连接的一种杂合多聚分子。主链由多个吡喃木糖基通过木糖苷键相连，侧链上连着多种不同大小的短的取代基,主要有乙酰基、4-甲基-D-葡糖醛酸残基、L-阿拉伯糖残基等。这些侧链与植物细胞中其它几种结构性多糖(如木质素、纤维素、果胶、葡聚糖等)以共价或非共价键连接,组成植物细胞重要的结构——细胞壁。木聚糖主要存在于植物细胞的次生壁中,处于木质素及其它多聚糖之间,起着连接作用。也正由于这些侧链的不同,使得木聚糖的结构变化范围很大,从仅由β-1,4-糖苷键连接的多聚木糖线性分子到高度分枝的异质多糖。因此，要使木聚糖完全降解则需要多种水解酶的协同作用，这其中包括主链水解酶β－D－1,4内切木聚糖酶、β－D－1,4外切木糖苷酶和侧链水解酶a－L －阿拉伯呋喃糖苷酶、a－葡萄糖醛酸酶和乙酰木聚糖酯酶等。 木聚糖降解时，起主要作用的酶是β－D－1,4内切木聚糖酶和β－D－1,4外切木糖苷酶。β－D－1, 4内切木聚糖酶以内切方式作用于木聚糖主链内部的β- 1，4木糖苷键,其主要水解产物为低聚木糖、木寡糖、木二糖等；β－D－1,4外切木糖苷酶通过水解低聚木糖、木寡糖等的非还原性末端来催化释放木糖残基。另外, 参与彻底降解木聚糖的还有a－L－阿拉伯呋喃糖苷酶、α-葡萄糖醛酸苷酶、乙酰木聚糖酯酶及能降解木聚糖上阿拉伯糖侧链残基与酚酸(如阿魏酸或香豆酸)形成的酯键酚酸酯酶等侧链水解酶，它们作用于木糖与侧链取代基之间的糖苷键，协同主链水解酶的作用最终将木聚糖转化为它的组成单糖。 2. 区分木聚糖内外切酶测定方法 广义上的木聚糖酶是指可将木聚糖降解成低聚糖和木糖的一组酶的总称，因此常规木聚糖酶的检测方法仅是以酶降解木聚糖产生还原糖的量为标准来确定酶活单位，还原糖一般都以木糖等量。而实际上还原糖木糖是各种木聚糖水解酶协同作用的最终产物，这其中主要是内切木聚糖酶、外切木糖苷酶，但从常规检测方法上很难判断木聚糖酶的性质是内切还是外切。所以要想应用检测方法去区别木聚糖酶的性质是内