果聚糖果糖转移酶的研究进展_杭华
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第52卷分析化学(FENXI HUAXUE)评述与进展第3期2024年3月Chinese Journal of Analytical Chemistry297~305DOI:10.19756/j.issn.0253-3820.231215评述与进展低聚果糖定量检测方法的研究进展柳玉蓉1,2李秀琴2陈智*1周霞*2张庆合*21(中国计量大学材料与化学学院,杭州310018)2(中国计量科学研究院化学计量与分析科学研究所,北京100029)摘要低聚果糖(Fructooligosaccharide,FOS)具有调节肠道菌群、降低血糖等多种生理功能,作为一种功能性低聚糖广泛应用于食品和营养领域,常作为营养强化剂添加到婴幼儿配方食品及婴幼儿谷类辅助食品中。
近年来,用于植物和食品中FOS分离分析的技术得到了快速发展,然而FOS的结构和组成多样性对其准确定量检测提出了挑战。
建立FOS的准确定量检测方法对于提升FOS的质量、功效研究和相关食品质量的监管尤为必要。
本文综述了近年来FOS定量检测方法的研究进展,对当前FOS定量检测方法存在的问题和面临的挑战进行了分析,并展望了其未来的发展方向。
关键词低聚果糖;益生元;膳食纤维;定量检测;食品基质;一测多评;评述低聚果糖(Fructooligosaccharide,FOS)是由2~10个单糖通过糖苷键形成的直链或支链聚合糖,是一种功能性低聚糖,被归类为益生元和可溶性膳食纤维。
根据来源和糖单元之间连接键型,FOS主要分为三大类型:菊粉型、Levan型和混合型。
菊粉型FOS中果糖基之间为β(2→1)连接键,主要以菊粉为原料生产,菊粉经内切酶或外切酶酶解生成FOS,使用菊粉内切酶产生的FOS包括蔗果型FOS(GF n)和果果型FOS(FF n)[1];使用菊粉外切酶产生的FOS只有GF n型。
另外,以蔗糖为底物,在果糖基转移酶作用下生产得到的FOS也为GF n型,GF n型的末端通过α(1→2)键连接D-吡喃葡萄糖单元[2]。
果糖基转移酶及低聚果糖生产研究进展发布时间:2022-09-25T09:07:29.629Z 来源:《中国科技信息》2022年第33卷10期作者:干昭波刘环崔秀芹王蒙蒙刘丹丹姜继芹崔爱[导读] 文章对果糖基转酶的来源、性质与果糖基转移酶与低聚果糖生产进行阐述,干昭波刘环崔秀芹王蒙蒙刘丹丹姜继芹崔爱山东百龙创园生物科技股份有限公司山东德州 251200摘要:文章对果糖基转酶的来源、性质与果糖基转移酶与低聚果糖生产进行阐述,对其生产当中的相关问题进行分析。
酶催化合成低聚果糖需要的果糖基转移酶重点来源于微生物,源自植物果糖基转移酶难以提取,即便材料易得,可是难以运用在低聚果糖生产。
所以,源于微生物的果糖基转移酶加低聚果糖有着良好的应用前景。
关键词:果糖基转移酶;低聚果糖;生产;研究进展果糖基转移酶叫做合成低聚果糖酶类,其属于水解酶并且有着转移活动的,以及受体互动,可以基于蔗糖与乳糖为原料,合成蔗果三糖、乳果糖等低聚果糖,对人体具有良好的作用。
所以,人们更加重视对果糖基转移酶与低聚果糖的生产。
一、果糖基转移酶来源果糖基转移酶具有两个来源,其一是源于植物,例如洋葱、芦荟等植物,其二源于微生物,例如曲霉、出芽短梗霉等产果糖转移酶的微生物众多,例如酵母、米曲霉等。
果糖基转移酶是胞外酶,能够利用更多菌株选择获得生产需要的产酶菌株,国际也报道各种植物与微生物果糖基转移酶的分离纯化与活性分析[1]。
二、果糖基转移酶与低聚果糖性质果糖基转移酶是存在植物和微生物的糖苷酶。
当前,其基于蔗糖为果糖供体,合成不同的低聚糖、糖苷化合物潜力,备受国际关注。
在受体作为糖醇化合物时,酶反应产物分别是低聚糖与烷基糖苷化合物。
当前已经分离纯化获得不同果糖基转移酶,对其性质研究比较成熟。
源于微生物酶分子较多,与植物对比酶更加耐热。
通过相关研究表明,果糖基转移酶活性的酸碱值与温度范畴分别在5-6.5,50-60℃。
因为反应一般是在较高蔗糖浓度下开展的,所以微生物酶更易使用在商业生产中。
转果聚糖蔗糖转移酶基因银腺杨的获得张冰玉;苏晓华;黄秦军;张香华;胡赞民【期刊名称】《林业科学》【年(卷),期】2005(41)3【摘要】采用农杆菌介导的遗传转化方法,将来自枯草杆菌的果聚糖蔗糖转移酶基因(SacB)导入银腺杨,以提高杨树对水分胁迫的抗性.以来自无菌培养的叶片为外植体,通过大约1 000个叶盘与农杆菌LBA4404共培养,将植物双元表达载体pKP中SacB基因导入银腺杨基因组,经卡那霉素筛选后,共获得102株卡那霉素抗性植株.经PCR特异性扩增和Southern点杂交分析,证明其中97株再生植株基因组DNA 中整合了SacB基因.对其中的62个无性系进行RT-PCR分析,结果表明SacB基因在其中的50个无性系中获得表达.温室生长观察表明,转基因无性系外部形态与对照相比没有稳定的显著差异,少数部分转基因无性系的生长明显受到抑制,其他转基因无性系生长正常.这些转基因无性系的获得为培育抗旱转基因杨树奠定了基础.%The present study describes the transfer of a Bacillus subtilis SacB gene, with vacuolar targeting signal sequences and driven by constitutive promoters, by Agrobacterium tumefaciens into poplar( Populus alba × P. glandulosa). From about 1 000 leaf discs used for transformation, 102 Km-resistant plants were obtained, and 97 proved to be true transgenic plants. The transgenic nature of these plants was confirmed by PCR amplification and Southern dot hybridization. The expression of the chimeric SacB genes in transgenic plants was confirmed by RT-PCR. The performance of some transgenic lines maintained under a normal watering regime was evaluatedover 5 months in greenhouse. These plants showed no significant stable morphological differences from the untransformed plants. The growth of some plants was apparently inhibited, while most of the plants grew at least as well as the control when water is non-limiting. This material may be the basis for obtaining a more drought-resistant poplar.【总页数】6页(P48-53)【作者】张冰玉;苏晓华;黄秦军;张香华;胡赞民【作者单位】中国林业科学研究院林业研究所,国家林业局林木培育实验室,北京,100091;中国林业科学研究院林业研究所,国家林业局林木培育实验室,北京,100091;中国林业科学研究院林业研究所,国家林业局林木培育实验室,北京,100091;中国林业科学研究院林业研究所,国家林业局林木培育实验室,北京,100091;中国科学院遗传发育生物学研究所,北京,100101【正文语种】中文【中图分类】S718.46;Q943.2【相关文献】1.转果聚糖蔗糖转移酶基因( Sac B)美丽胡枝子的获得 [J], 杜金友;陈晓阳;张桂荣;李伟;胡冬南;胡赞民2.果聚糖蔗糖转移酶基因的克隆及耐盐转基因烟草的培育 [J], 张慧;董伟3.滨麦蔗糖:果聚糖6-果糖基转移酶(6-SFT)基因全长cDNA的克隆与生物信息学分析 [J], 贺晓岚;王建伟;赵继新;李文旭;武军;陈新宏4.转抗鞘翅目害虫基因银腺杨的获得及其抗虫性的初步研究 [J], 张冰玉;苏晓华;李义良;张永安;曲良建;王玉珠;田颖川5.转蔗糖:蔗糖-1-果糖基转移酶基因提高烟草的耐旱性 [J], 李慧娟;尹海英;张学成;杨爱芳因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
果糖基转移酶在合成功能性食品添加剂中的应用
果糖基转移酶在合成功能性食品添加剂中的应用
综述了近年来果糖基转移酶用于催化合成低聚果糖和三氯蔗糖两种功能性食品添加剂方面的研究进展,提出了目前该方法存在的主要问题并对未来的研究重点提出了建议.
作者:郑华甫毛多斌作者单位:郑州轻工业学院食品与生物工程学院,河南,郑州,450002 刊名:广西轻工业英文刊名:GUANGXI JOURNAL OF LIGHT INDUSTRY 年,卷(期):2009 25(3) 分类号:Q814 关键词:果糖基转移酶低聚果糖三氟蔗糖。
糖基转移酶的研究概述邓传怀(河北大学生命科学学院2012生物技术中国保定071000)摘要糖基转移酶在生物体内催化活化的糖连接到不同的受体分子,如蛋白、核酸、寡糖、脂上,糖基化的产物具有很多生物学功能并具有高度的底物专一性。
本文综述了糖基转移酶的种类、功能、特性及其在组合生物合成中的应用与研究前景。
关键词糖基转移酶结构功能应用Outline about research ofglycosyltransferasesDeng Chuanhuai( College of Life Sciences , Biotechnology 2012, Hebei University ,Baoding )Abstract Glycosyltransferase catalyzing the biosynthesis of the sugar attached to different activated receptor molecules, such as proteins, nucleic acids, oligosaccharides, the lipid glycosylation product has many biological functions with a high degree of substrate specificity[1]. In glycosylation project, carried out by enzymatic protein glycosylation and important means of natural glycosylated glycoproteins to study the structure and function of glycoproteins[2].This article provides anoverview of the categories, functions, characteristics of Gtfs, their app lications in combinatorial biosynthesis, and the p rospects for research.Key Words Glycosyltransferase Structure and Function Application糖基转移酶是广泛存在于内质网和高尔基体内的一大类酶类[3],参与体内重要的活性物质如糖蛋白和糖脂中糖链的合成。
果糖基转移酶的作用原理果糖基转移酶(fructosyltransferase)是一类广泛存在于生物体中的酶,其作用是将果糖基团由一个底物转移到另一个化合物上。
果糖基转移酶主要参与植物和微生物中关于木聚糖、果聚糖和低聚糖类物质的代谢过程。
在动物体内,果糖基转移酶也参与一些生理作用,如抗氧化、抗炎症和抗菌等。
果糖基转移酶通过催化底物之间的糖基转移反应,实现底物的转变。
其催化机制主要包括两种类型:一是底物接收型的果糖基转移酶,其催化底物A上的果糖基转移到底物B上;二是底物给予型的果糖基转移酶,其催化底物A上的一个糖基被底物B上的果糖基取代。
底物接收型果糖基转移酶的催化机制可以分为两步:底物的结合和底物的转移。
首先,底物A与果糖基转移酶的活性位点发生结合,形成酶底物复合物。
接着,在酶的催化下,底物A上的果糖基团被转移到底物B上,同时释放底物A,生成调变的底物B。
催化过程中,果糖基转移酶的活性位点通过亲和力和立体适配来识别底物A,从而实现底物的结合。
此外,果糖基转移酶的活性位点还通过催化反应所需的功能基与底物A中的糖基团之间形成氢键、离子键等产生作用力。
底物给予型果糖基转移酶的催化机制也可以分为两步:底物的结合和底物的转移。
首先,底物A和果糖基转移酶的活性位点发生结合,形成酶底物复合物。
接着,在酶的催化下,底物A上的一个糖基被底物B上的果糖基取代,同时释放一个原位的糖基,生成调变的底物B。
催化过程中,果糖基转移酶的活性位点通过亲和力和立体适配来识别底物A,从而实现底物的结合。
此外,果糖基转移酶的活性位点还通过催化反应所需的功能基与底物A中的糖基团之间形成氢键、离子键等产生作用力。
催化过程中,酶的活性位点中的一个氨基酸残基通过亲电攻击底物A中一个糖基团上的羟基,使其断裂,同时该氨基酸残基上与氧原子形成醚键,将果糖基从底物A上截断并与底物B连接。
果糖基转移酶的反应速率受多个因素的影响。
其中,底物浓度是影响果糖基转移酶反应速率的重要因素之一。
模拟移动床色谱技术分离果糖研究进展姜夏伟;王亚军;郑裕国【摘要】主要综述了模拟移动床(Simulated Moving Bed,SMB)色谱分离技术从果葡糖浆中分离果糖的应用研究进展.从工作原理、固定相、阀系统、自动化控制、数学模型及工艺参数优化等方面对SMB技术进行了系统介绍,为我国的高纯果糖浆和结晶果糖的产业发展提供参考意见.【期刊名称】《发酵科技通讯》【年(卷),期】2015(044)004【总页数】6页(P55-60)【关键词】果葡糖浆;SMB;色谱分离【作者】姜夏伟;王亚军;郑裕国【作者单位】浙江工业大学生物工程研究所,浙江杭州310014;浙江工业大学生物转化与生物净化教育部工程研究中心,浙江杭州310014;浙江工业大学生物工程研究所,浙江杭州310014;浙江工业大学生物转化与生物净化教育部工程研究中心,浙江杭州310014;浙江工业大学生物工程研究所,浙江杭州310014;浙江工业大学生物转化与生物净化教育部工程研究中心,浙江杭州310014【正文语种】中文【中图分类】TQ02果葡糖浆是一种重要的淀粉糖产品,可作为代替蔗糖的甜味剂广泛应用于饮料及烘焙等食品行业。
果葡糖浆中含有大量果糖,果糖具有相对甜度高、甜味独特、溶解度大的性质,与其他甜味剂之间有协同作用,更重要的是,果糖食用后不引起血糖波动。
此外,果糖具有良好的代谢特性和渗透压特性,可被制成注射液用于心血管病、糖尿病、脑颅病及肝的治疗,在制药行业结晶果糖需求逐渐增大。
在工业生产中,果糖是生产乙酰丙酸、糖脂,特别是5-羟甲基糠醛的重要原料。
目前国内果葡糖浆F-42的市场已逐渐饱和,发展空间有限,而我国的结晶果糖主要靠国外进口,国内仅少数公司开始生产,具有极大的市场前景。
规模化制备果糖的原料通常都是果葡糖浆。
果葡糖浆按照来源分为三类:1)含淀粉量高的作物如玉米、番薯等;2)含蔗糖量较高的作物如甘蔗、甜菜等;3)富含菊粉的植物如菊芋、菊苣和大丽花等。
糖基转移酶合成相关糖苷类化合物研究进展赵千婧;程瑶;王佳;孙新晓;申晓林;袁其朋【期刊名称】《北京化工大学学报(自然科学版)》【年(卷),期】2018(045)005【摘要】许多天然产物是中药中的活性成份,拥有良好的药理活性.通过糖基化反应后形成的糖苷类化合物可以提高天然产物的稳定性、水溶性和生物利用度,因而受到越来越多的关注.糖苷类化合物一般通过化学合成和植物提取的方式获得,近年来利用糖基转移酶合成糖苷类化合物成为了一个研究热点.糖基转移酶是通过天然产物合成糖苷类化合物的关键酶,作为一类庞大的基因家族酶,通常来源于植物和微生物.本文将阐述利用糖基转移酶合成糖苷类化合物的研究进展,为糖基转移酶合成糖苷类化合物工业化提供参考和方向.【总页数】8页(P92-99)【作者】赵千婧;程瑶;王佳;孙新晓;申晓林;袁其朋【作者单位】北京化工大学化工资源有效利用国家重点实验室,北京 100029;北京化工大学化工资源有效利用国家重点实验室,北京 100029;北京化工大学化工资源有效利用国家重点实验室,北京 100029;北京化工大学化工资源有效利用国家重点实验室,北京 100029;北京化工大学化工资源有效利用国家重点实验室,北京100029;北京化工大学化工资源有效利用国家重点实验室,北京 100029【正文语种】中文【中图分类】Q812【相关文献】1.糖苷合成研究(Ⅺ):2-取代氟脲嘧啶β-D乙酰基木糖苷类化合物的合成及其抗肿瘤活性 [J], 孙昌俊;王义贵;李洪祥2.相转移催化法合成糖苷类化合物的研究进展 [J], 王燕;刘志华;蒋丽红;王亚明;陈永宽3.杨树中与次生细胞壁生物合成相关的糖基转移酶研究进展 [J], 杨少辉;王洁华;宋英今;胡荣峰4.槲皮素糖苷类化合物的合成及其对α-葡萄糖苷酶的抑制活性 [J], 中行;胡占兴;袁洁;陈洪菊;张利梅;梁光义;徐必学5.微生物糖基转移酶催化合成槲皮素糖苷及其抗炎活性评价 [J], 王程; 窦文芳; 何丽丽因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
糖基转移酶在果实品质形成过程中的作用研究进展黄露露;彭丽桃;叶俊丽;杨书珍【摘要】文章就果实中糖基转移酶的种类及其在果实色泽、风味和质地等品质形成中的作用进行综述,为糖基转移酶的进一步研究和应用提供参考.【期刊名称】《食品与机械》【年(卷),期】2018(034)004【总页数】4页(P197-200)【关键词】糖基转移酶;果实;色泽;风味;质地【作者】黄露露;彭丽桃;叶俊丽;杨书珍【作者单位】华中农业大学食品科技学院,湖北武汉430070;华中农业大学食品科技学院,湖北武汉430070;华中农业大学园艺林学学院,湖北武汉430070;华中农业大学食品科技学院,湖北武汉430070【正文语种】中文糖基转移酶(EC 2.4.x.y),是一种广泛存在于原核生物、真核生物、古细菌以及病毒中的具有特殊生物活性的蛋白质。
它用于催化糖基化反应,将活性糖供体转移到受体分子,并形成糖苷键。
糖基转移酶的活性糖供体主要有二糖或多糖、核苷-2-磷酸糖、1-磷酸糖、尿苷二磷酸葡萄糖醛酸等,其中核苷酸糖最为常见,生物体中有许多物质可以作为糖基转移酶受体,如糖类、蛋白质、脂质、抗生素、固醇、酚类、萜类、氰醇、植物激素、生物碱、植物毒素和外源物质(如除草剂和杀虫剂)等[1-2]。
在植物体中,糖基转移酶通过将糖基供体转移到小分子糖基受体上改变受体小分子化合物的生物活性,进而对植物的生长、果实发育、次生代谢和环境响应等方面产生重要影响。
近年来植物体中越来越多的糖基转移酶的功能得到确认,其中一部分糖基转移酶通过催化糖与酚类、萜类、多糖类等小分子物质结合而参与果实色泽、香气、风味等品质的形成,为进一步改善果实的外观品质和内在品质提供新思路。
因此,本文就近年来有关果实成熟过程中糖基转移酶的种类及其在果实品质形成中的作用等方面进行综述。
1 果实中糖基转移酶的主要类型与糖基化受体分子的部位不同,果实中的糖基转移酶可以分为O-、N-、S-和C- 4种类型。
果聚糖蔗糖转移酶(Sac B)基因转化二色胡枝子的研究的开
题报告
一、选题背景
果聚糖蔗糖转移酶(SacB)基因是蔗糖转化成果糖和葡萄糖的关键酶类,对植物生长和发育,以及对环境的适应具有重要的作用。
二色胡枝子是一种重要的经济作物,具有广泛的药用和食用价值,而其果实中含有多种化学成分,其中二色素是其最为独
特的成分。
因此,通过将果聚糖蔗糖转移酶基因转化到二色胡枝子中,可以增加其果
糖和葡萄糖含量,同时提高其二色素含量,从而进一步提高其经济价值。
二、研究目的
本研究旨在通过果聚糖蔗糖转移酶基因转化二色胡枝子,探究果聚糖蔗糖转移酶基因在二色胡枝子中的表达情况和对其生长和发育的影响,以期为二色胡枝子的改良
和优化提供理论依据和实验数据。
三、研究内容
(1)构建果聚糖蔗糖转移酶基因表达载体;
(2)将载体通过农杆菌介导法转化到二色胡枝子中;
(3)利用PCR检测转基因植株;
(4)检测转基因植株的果聚糖蔗糖转移酶基因的表达情况;
(5)测定转基因植株果实中果糖、葡萄糖和二色素的含量;
(6)分析果聚糖蔗糖转移酶基因对二色胡枝子生长和发育的影响。
四、预期成果
通过本次研究,我们预期能够成功构建果聚糖蔗糖转移酶基因表达载体,并成功将其转化到二色胡枝子中,进而获得转基因二色胡枝子植株。
同时,我们将分析果聚
糖蔗糖转移酶基因在植株中的表达情况和对其生长和发育的影响,并检测果实中果糖、葡萄糖和二色素的含量,从而揭示果聚糖蔗糖转移酶基因对二色胡枝子生长发育和二
色素合成的调控机制。
这将为二色胡枝子的优化研究提供理论基础和实验数据。
调查 研究果糖基转移酶及低聚果糖生产研究进展 王永波 艾地盟生物科技(天津)有限公司合成果糖低果糖的酶称为果糖基转移酶,也有人认为合成果糖低果糖的酶是水解酶,故又称-呋喃糖苷酶。
它是一种具有可转移活性和广泛受体活性的水解酶。
以蔗糖和乳糖为原料合成果糖、乳糖等低聚糖,对人体健康有益。
因此,果糖基转移酶和低果糖的生产越来越受到人们的重视。
果糖基转移酶的来源、性质以及果糖基转移酶和低果糖的生产同工酶和低果糖生产中存在问题。
果糖基转移酶和低聚果糖生产中存在问题果糖基转移酶合成低聚果糖遇到一个突出问题是该酶活性受到反应副产物葡萄糖抑制,绝大多数商品低聚果糖含有大量蔗糖和葡萄糖,是一种含多种糖的混合物。
在反应体系中加入葡萄糖异构酶或葡萄糖氧化酶以降低葡萄糖含量,可提高低聚果糖产量,并以葡萄糖氧化酶效果较好。
在果糖基转移酶和葡萄糖氧化酶复合体系中,低聚果糖产量最高达98%;但在果糖基转移酶和葡萄糖异构酶复合酶体系中,葡萄糖异构酶主要动力学参数发生变化,以致不能有效降低体系中葡萄糖含量。
此外,其它方法,如利用离子交换柱进行色谱分离以提高纯度尝试在生产上均难以奏效。
出于生产高纯度低聚果糖考虑,可另辟途径,以富含多聚果糖植物材料为原料、利用微生物产多聚果糖降解酶―菊粉内切酶(EC3.2.1.7)―水解菊粉生产低聚果糖。
与由蔗糖经果糖基转移酶作用合成工艺相比,由菊粉内切酶水解菊芋生产低聚果糖优势明显。
至今,国内外还没实现内切菊粉酶产业化;但这方面成果及其思路已显示,其比果糖基转移酶酶法合成低聚果糖技术具有更重要意义和现实价值,是更先进低聚果糖生产替代技术。
低聚果糖生产果糖基转移酶催化生成低聚果糖,分子间果糖转移反应分两步进行。
第一步生成果糖基―酶复合体,释放出葡萄糖;第二步再由此复合物将果糖基转移给水或蔗糖,生成果糖或三糖。
在生成反应中蔗糖作为供给体和接受体,在果糖转移酶或呋喃果糖苷酶作用下分解成果糖基或葡萄糖,果糖基水解成果糖,产物为蔗果三糖,蔗果四糖和蔗果五糖混合物。
NO12 6841果聚糖果糖转移酶的研究进展杭华,郑翔宇,王路思,陈冬冬,鲍士宝*(安徽师范大学环境科学与工程学院,安徽 芜湖,241003)摘要:果聚糖果糖转移酶(levan fructotransferase ,即LFTase )[EC 4.2.2.16]是将果聚糖(levan )催化水解为双果糖酐IV (DFA IV )的酶。
本文综述了果聚糖果糖转移酶的制备菌种、发酵工艺、分离纯化、酶学性质、酶解产物(DFA IV )及其生理功能等。
关键词:果聚糖果糖转移酶,果聚糖,双果糖酐IV ,酶学性质,生理功能果聚糖果糖转移酶(levan fructotransferase ,即LFTase )[EC 4.2.2.16]是指能够水解末端为蔗糖以β(2-6)糖苷键连接的果聚糖(levan ),它能从levan 为底物的非还原端切下2个果糖,通过分子间脱水,形成双果糖酐IV (Difructose anhydride IV ,即DFA IV ),见图1。
DFA IV 具有降血糖、促进矿物质元素的吸收、增进骨骼生长、改善便秘及抑制蛀牙等良好的生理功能;其能广泛地应用于食品与医药制剂的加工与生产。
Levan 主要来源于微生物产酶催化蔗糖聚合而成,为果糖基以β(2-6)糖苷键连接的多糖,为DFA IV 的制备提供原料。
然而,尚未见有关果聚糖果糖转移酶及其酶解产物-DFA IV 的中文综述文章。
本文对产酶微生物种类、酶学性质、表达酶学性质、酶解产物的制备及功能等方面进行综述,将为LFTase 与DFA IV 研究提供一定的参考价值。
图1果聚糖(左)与DFA IV 的化学结构Fig.1 Structures of levan (left) and difructose anhydrides IV1果聚糖果糖转移酶目前,双果糖酐IV 的生物转化方法主要包括微生物酶法、基因工程酶法、固定化酶水解法等。
随着微生物产果聚糖果糖转移酶(LFTase )的研究越来越深入,大量有关产酶微生物分离与鉴定、发酵工艺、酶的分离纯化、分子改造及DFA IV 制备方法等方面的报道,这些工作为LFTase 的研究提供了更加广阔的空间。
1.1果聚糖(levan )果聚糖(levan )是果糖单元以β(2-6)糖苷键连接的多糖,末端含一个葡萄糖残基,作为双果糖酐IV 制备的原材料。
Levan 主要来源于微生物产酶催化蔗糖聚合而成,为果糖基以β(2-6)糖苷键连接的多糖。
Levan 存在于黑麦草与鸭茅等植物中,含量较少;它主要有化学法合成、微生物发酵液提取及微生物产果聚糖蔗糖酶(levansucrase ,EC 2.4.1.10)催化蔗糖聚合而成。
与植物果聚糖相比,微生物酶聚合果聚糖有较多的分支点和较高的聚合度。
植物来源的果聚糖分子量范围为2-34ku ,微生物来与的果聚糖分子量范围为2-100×103ku 。
果聚糖的聚合度一般含有7-35个果糖单元,少数为90-260个果糖单元[1]。
Levan 是较好的功能性食品原料,具有抗病毒与肿瘤、降低血糖和血脂等生物活性。
然而,levan 不易被人体吸收,限制其进一步的应用。
因此,DFA IV 适合于作为levan 进一步的研发产品。
1.2果聚糖果糖转移酶的来源早在1981年,Tanaka 等[2]首次报道应用Arthrobacter ureafaciens 培养产一种新酶-果聚糖果糖转移酶(LFTase ),该酶能催化水解Bacillus mesentericus 产levan 来制取DFA IV ,确定微生物的培养条件及酶活测定方法;在相似的实验条件下,该酶不能催化转化菊糖、蔗糖等生成DFA IV 。
经大量研究发现,LFTase 为胞外酶,可应用levan 果聚糖诱导发酵制取该酶的微生物,大部分属于节杆菌属,主要菌株:Arthrobacter ureafaciens ,Arthrobacter nicotinovarorans GS-9,Arthrobacter nicotinovarorans K2032,Arthrobacter oxydans J17-21,Microbacterium sp. AL-210,Baciilus sp. 3B6等[2-8]。
以上微生物大多为野生型菌株,均能分泌LFTase ,由于上述菌株培养的地方与方法的差异,获得酶的活性也不相同。
目前,国内尚未见该酶的相关研究。
国外对该酶的研究较多,Tanaka 等[2]采用Bacillus mesentericus产levan 为诱导物,筛选出产LFTase 的Arthrobacter ureafaciens ,该菌经发酵离心除去菌体得上清液(粗第一作者:杭华(1977年-),男,博士,讲师,研究方向:食品生物新技术 邮箱:2006hanghua@ 。
通讯作者:鲍士宝,博士,邮箱:shibaobao1980@基金项目:安徽师范大学12博士科研启动项目(161-070110),13年校项目培育基金项目(160-71361)。
酶液),经浓缩与硫酸铵沉淀后,测定比酶活力为5U/mg ,且该菌株具有稳定的遗传特性。
Saito [4]报道了网络出版时间:2014-10-17 14:04网络出版地址:/kcms/detail/11.1802.TS.20141017.1404.008.htmllevan为唯一碳源也能诱导Arthrobacter nicotinovorans GS-9产LFTase;经过培养条件优化后,上清液中酶活为3.3 U/mL;该酶也能高效地催化levan生成DFA IV及少量的副产品(果糖)。
Soog等[5]报道了从含糖土壤中分离获得Arthrobacter nicotinovarorans K2032产LFTase的酶学特性,获得比酶活力为45.9 U/mg。
Jang等[6]研究了来源于Arthrobacter oxydans J17-21产LFTase催化水解levan生成DFA IV,酶比活力为15 U/mg。
1.3 酶的发酵与分离纯化1.3.1酶的发酵目前,传统的微生物发酵工艺为制备LFTase的主要方法。
该酶为胞外酶,酶蛋白主要存在于发酵液,经低温离心后,除去菌体获得上清液(粗酶液),发酵条件易控制,能应用于大规模工业化生产。
Soog等[5]对产LFTase的Arthrobacter nicotinovarorans K2032采用的培养基(g/L)包括20 levan,3酵母膏,3 NaNO3,0.5 MgSO4,0.2 MnCl2,1 K2HPO4;30℃,培养48h;经离心(6000rpm,10min)后,除去菌体获得粗酶液。
Jang等[6]对产LFTase的Arthrobacter oxydans J17-21的发酵培养基(g/L)为10 levan,3酵母膏,3 NaCO3,0.5 MgSO4,0.2 MnCl2,1 K2HPO4;30℃,培养40h;经离心(4000rpm,30min)后,除去菌体获得粗酶液。
1.3.2 分离纯化酶分离纯化的方法主要包括离心、浓缩、盐析、凝胶过滤、层析分离等。
酶纯化时,需考虑不同因素对酶活力的影响,尽量减少酶活损失,提高酶的纯度及回收率等。
由于酶蛋白受温度影响较大,常在较低温度下综合考虑上述方法进行分离纯化。
目前,LFTase的分离纯化研究主要应用硫酸铵沉淀、丙酮沉淀、凝胶层析与离子交换层析等方法。
1983年,Tanaka等[3]首次对该酶进行分离纯化研究,酶经硫酸铵沉淀、DEAE-纤维素离子交换层析及Sephadex G-200凝胶层析等方法,将Arthrobacter ureafaciens产LFTase的比活力由5.0U/mg增加至29.4U/mg,纯化倍率为5.88。
2000年,Soog等[5]采用丙酮沉淀、DEAE-离子交换层析、Mono Q离子交换层析、Superose 12凝胶层析等方法,将Arthrobacter nicotinovarorans K2032产LFTase 的比酶活力由45.9U/mg提高至2269.0U/mg,纯化倍率达到49.4。
2003年,Jang等[6]利用硫酸铵沉淀、Sepharose-Q离子交换层析、Mono Q离子交换层析、凝胶层析等方法,将Arthrobacter oxydans J17-21产LFTase的比酶活力由15U/mg提高至1432U/mg,纯化倍率达到95.5。
综上所述,沉淀法、离子交换层析法及凝胶层析法等相互结合的方法是有利于LFTase的分离纯化。
2 果聚糖果糖转移酶的性质2.1 酶蛋白的相对分子质量及N端氨基酸序列不同来源的LFTase相对分子质量差异较大。
Tanaka等[3]报道Arthrobacter ureafaciens经培养分泌LFTase,其相对分子量经Sephadex G-200凝胶电泳检测为12.8ku,十二烷基磺酸钠-聚丙酰胺凝胶(SDS-PAGE)圆盘电泳检测分子量为6ku,表明该酶由两个等同的亚基组成,说明该酶为二聚体。
Saito[4]报道从Arthrobacter nicotinovarorans GS-9分离鉴定出LFTase,经凝胶电泳与SDS-PAGE检测均为51ku,说明该酶为单聚体;N端氨基酸序列为HAQASLRAIYHMTPPSGWLC。
Soog等[5]研究了来源于Arthrobacter nicotinovarorans K2032产LFTase,经凝胶电泳检测为96ku,SDS-PAGE测定为51ku,表明该酶由两个相似的亚基组成,说明该酶为二聚体;N端氨基酸序列为SAPGSLRAVYHMTPPSGXLXDPQ。
Jang等[6]研究来源于Arthrobacter oxydans J17-21产LFTase,纯化后SDS-PAGE检测为5.4ku;N端氨基酸序列为AQGSQXAVYXMTPPSGWLXD。
Cha等[7]报道Microbacterium sp. AL-210产LFTase,经凝胶电泳检测为46ku,SDS-PAGE 测定为46ku,说明该酶为单聚体;N端氨基酸序列为AASGSLRAVYHMT。
由此可见,不同来源的LFTase相对分子质量差异较大,即使是同一菌属的不同菌株产果LFTase相对分子质量也存在差异;LFTase酶蛋白的氨基2.2 酶学性质目前已研究微生物产LFTase的最适pH为5.8-7.0,最适温度为20-45℃,pH稳定性范围为4.0-11.0,激活剂为钙盐、钠盐等,抑制剂主要有亚铁盐、汞盐、锌盐、锰盐、银盐等。
该酶具有良好的pH稳定性、较为适合的温度范围以及较为常见的激活剂,这有利于其大规模的工业化应用(见表1)。