褐藻酸裂解酶的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及應(yīng)用

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1、褐藻酸裂解酶的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及應(yīng)用HeeSookKim，Choul-GyunLeeandEunYeolLee摘要褐藻膠是一種線性多糖，由β-D-甘露糖醛酸（M）與其差向異構(gòu)體α-L-古洛糖醛酸（G）通過1，4糖苷鍵連接形成不同的結(jié)構(gòu)。褐藻酸裂解酶因其高粘度及凝膠作用可作為一種食品添加劑來改善食品的質(zhì)地。該酶可以通過β-消除機(jī)制裂解糖苷鍵來降解褐藻膠，產(chǎn)生一個(gè)具有非還原末端的結(jié)構(gòu)。褐藻寡糖已被發(fā)現(xiàn)具有促進(jìn)人內(nèi)皮細(xì)胞生長(zhǎng)以及巨噬細(xì)胞細(xì)胞因子釋放的作用。褐藻膠可以通過褐藻酸裂解酶的內(nèi)切及外切作用，降解為含有

2、不飽和鍵的單糖。因此，在不久的將來，褐藻酸裂解酶有潛力作為生物催化劑，以褐藻膠作為可再生資源生產(chǎn)生化試劑及生物燃料。本文介紹了不同的褐藻酸裂解酶的結(jié)構(gòu)、功能并對(duì)褐藻酸裂解酶的應(yīng)用前景進(jìn)行了討論。關(guān)鍵詞褐藻膠；褐藻酸裂解酶；褐藻寡糖；不飽和單糖1介紹褐藻膠是一種線性多糖，其中其中β-D-甘露糖醛酸（M）與其差向異構(gòu)體α-L-古洛糖醛酸(G)通過1.4糖苷鍵按照不同順序連接而成，其中α-L-古洛糖醛酸是β-D-甘露糖醛酸的C5異構(gòu)體。這兩種糖醛酸可以形成聚甘露糖醛酸和聚古洛糖醛酸以及甘露糖醛酸與古洛糖

3、醛酸的隨機(jī)聚合物。褐藻膠在自然界存量豐富，其作為藻類植物的組成成分，占到了藻類植物干重的44%。一些細(xì)菌也可以合成褐藻膠。目前，褐藻膠主要用作食品添加劑來改變食物的質(zhì)感，也被用作固定細(xì)胞及組織的介質(zhì)。商品級(jí)的褐藻膠可通過從海洋大型藻類中提取的方式生產(chǎn)。褐藻酸裂解酶通過β-切割糖苷鍵來降解褐藻膠，生產(chǎn)多種以不飽和糖醛酸作為非還原末端的寡糖以及不飽和糖醛酸單體。多種褐藻酸裂解酶已從海藻、海洋無脊椎動(dòng)物、海洋及部分土壤微生物中分離得到。褐藻酸裂解酶可以依據(jù)底物特異性分為PM特異性、PG特異性、PMG特異

4、性。對(duì)于相應(yīng)的底物特異性，褐藻酸裂解酶具有內(nèi)切酶與外切酶兩種活性。褐藻寡糖已經(jīng)顯現(xiàn)出許多引人注目的生物活性，它可以促進(jìn)人內(nèi)皮細(xì)胞的生長(zhǎng)以及巨噬細(xì)胞細(xì)胞因子的釋放。因此，褐藻酸裂解酶作為制備功能性褐藻寡糖的生物催化劑引起了人們的注意。褐藻酸裂解酶自身也可作為藥物增強(qiáng)抗生素對(duì)銅綠假單胞菌的殺菌功效來治療囊胞性纖維癥。不飽和的褐藻寡糖及不飽和糖醛酸單體可由褐藻酸裂解酶催化裂解得到。本文討論了褐藻酸裂解酶及其應(yīng)用，特別是分析與對(duì)比了不同褐藻酸裂解酶的結(jié)構(gòu)和功能，也討論了褐藻膠及褐藻酸裂解酶在未來的應(yīng)用前景

5、。圖1褐藻膠的化學(xué)結(jié)構(gòu)。褐藻膠是一種由β-D-甘露糖醛酸與其C5異構(gòu)體α-L-古洛糖醛酸通過β-1.4糖苷鍵按照不同順序連接形成的直鏈多糖。2褐藻膠褐藻膠是一種帶有陰離子的多糖，由PM、PG、PMG組成，pKa1.5~3.5。褐藻膠的生物功能主要是作為藻類的結(jié)構(gòu)支撐物，其機(jī)械強(qiáng)度及彈性受到古洛糖醛酸單體含量的影響。隨著古洛糖醛酸單體含量的增加，膠體強(qiáng)度逐漸增大。較低的古洛糖醛酸單體含量會(huì)使褐藻膠更有彈性。商品級(jí)的褐藻膠可從海藻中提取出來，廣泛用于食品工業(yè)和生物技術(shù)。褐藻膠可作為凝膠劑生產(chǎn)凝膠狀食品

6、，增加冰淇淋的粘度，也可作為化妝品的增稠劑。褐藻膠也可用作減肥食品的配料，因?yàn)樗荒鼙晃改c道消化，不能作為能量來源。褐藻膠可以結(jié)合二價(jià)陰離子，如鈣離子和鎂離子，產(chǎn)生凝膠作用。由于褐藻膠凝膠能力不受溫度影響并具有生物相容性，因而在許多生物技術(shù)的應(yīng)用中，它被用于固定細(xì)胞。一般來說，高含量的古洛糖醛酸可以形成強(qiáng)膠體粘度。溶劑的pH對(duì)凝膠的形成影響顯著，因?yàn)椴煌膒H可改變糖醛酸上離子的排布。褐藻膠在醫(yī)學(xué)中應(yīng)用廣泛。它可作為治療消化不良藥物的制劑輔料，可用于燒傷和創(chuàng)傷的敷料，因?yàn)樗梢韵蜉^小疼痛。褐藻

7、膠也可用作牙科的矯形材料。褐藻膠還有許多其他方面的應(yīng)用，例如作為螯合劑消除人體內(nèi)的重金屬及放射性毒素。由于不與染料發(fā)生反應(yīng)，它還可以作為增稠劑用于活性染料的染色過程。3褐藻酸裂解酶3.1褐藻酸裂解酶在褐藻膠的生物合成與生物降解中的功能多種褐藻酸裂解酶已從海洋交足類生物、褐藻、小球藻病毒、海洋及土壤微生物中發(fā)現(xiàn)并被克隆和表征。褐藻酸裂解酶在不合成褐藻膠與合成褐藻膠的生物中都被發(fā)現(xiàn)，在不合成褐藻膠的生物中，褐藻酸裂解酶在同化褐藻膠作為碳源的過程中起著重要作用。海洋及土壤微生物具有多于一種的褐藻酸裂解酶

8、來降解結(jié)構(gòu)復(fù)雜的褐藻膠。一些海洋動(dòng)物在其消化道內(nèi)也存在褐藻酸裂解酶來降解褐藻膠并將其作為碳源。在能夠合成褐藻膠的微生物中，褐藻酸裂解酶在褐藻膠的生物合成與生物降解中都起著重要作用。對(duì)于產(chǎn)酶微生物的遺傳研究已經(jīng)揭示了褐藻酸裂解酶的基因位于其他褐藻膠合成酶基因的片段上，在褐藻膠的生物合成中，褐藻酸裂解酶似乎對(duì)于控制聚合物長(zhǎng)度與優(yōu)化聚合反應(yīng)起到一定作用。在合成褐藻膠的銅綠假單胞菌的粘膜上，褐藻酸裂解酶可以通過降解生物膜上的褐藻膠來促進(jìn)細(xì)菌的擴(kuò)散。固氮菌產(chǎn)生的褐藻酸裂解酶可能與其孢子萌發(fā)有