海藻糖生物合成及应用研究进展_何名芳_陈卫平

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海藻糖的发现

海藻糖的发现
海藻糖（Trehalose）是一种天然存在于多种生物体中的二糖分子。

下面是关于海藻糖发现的历史背景：
海藻糖最早在1859年被德国化学家马克斯·范·佩滕（Max von Pettenkofer）首次发现。

当时，佩滕将一种自封闭的深海无脊椎动物——海藻虫（Euphausia superba）通过萃取分离，得到了一种具有甜味的糖。

随后，海藻糖的化学结构在1881年被法国化学家马克斯·谢尔斯（Maxime Serny）和卢西安·克盖尔（Lucien Craegheer）独立鉴定出来。

他们发现海藻糖是由两个葡萄糖分子通过1-1α葡萄糖苷键连接而成。

在过去的几十年里，海藻糖的研究逐渐深入，发现它在许多生物体中都存在，并起到关键的保护和适应作用。

比如，在一些极端环境中，如耐旱植物、耐寒微生物和耐受干燥的昆虫中，海藻糖被认为是一种保护细胞和生物体的重要物质。

海藻糖可以通过调节细胞内外的渗透压，稳定蛋白质和细胞膜结构，抵抗环境中的胁迫和压力。

因为其独特的保护功能，海藻糖在食品、医药和化妆品等领域得到了广泛的应用。

研究人员还在探索海藻糖在抗衰老、代谢调节和疾病治疗方面的潜在应用。

总的来说，海藻糖的发现和研究为我们揭示了它在生物体中的重要作用，并为许多领域的研究和应用提供了基础。

海藻糖

生产方法
• 酶合成法
• 酵母抽提法 • 基因重组法 • 微生物发酵法
酶合成法
日本的科学家从土壤中分离得到能从多种淀粉部分水解产物生成海藻糖的两种新酶：种新酶：一种是低聚麦芽糖基海藻糖生成酶低聚麦芽糖基海藻糖生成酶，一种是低聚麦芽糖基海藻糖生成酶，作用于淀粉的部分分解产物，用于淀粉的部分分解产物，在其末端生成具有海藻糖结构的非还原性糖质；成具有海藻糖结构的非还原性糖质；另一种是低聚麦芽糖基海藻糖水解酶低聚麦芽糖基海藻糖水解酶，一种是低聚麦芽糖基海藻糖水解酶，能从上述的非还原性糖质特异性地游离出海藻糖。有两个水分子，能溶于水和热醇中，不溶于乙醚。不能使斐林试剂还原，也不能被α粗糖苷酶水解，酸水解时得到2mol的D-葡萄糖。不褐变：海藻糖是非还原糖，在与氨基酸、蛋白质共存时，即使加热也不会产生美拉德反应，不褐变，非常适用于需加热处理的食品、饮料。耐热性及耐酸性：海藻糖是天然双糖中最稳定的糖，即使在 100℃ PH3.0条件下加热30min也不水解。溶解性:海藻糖的溶解度在高温和低温的条件下差别较大。低吸湿性：海藻糖适合作为糖块，糖衣材料。玻璃化相变热：海藻糖有高达115℃的玻璃化转变温度。
功能
海藻糖具有一定的保健功能，海藻糖具有一定的保健功能，防治保健功能甲状腺肿大，预防动脉硬化，降低血压，甲状腺肿大，预防动脉硬化，降低血压，预防便秘，抗癌，维持体内酸碱平衡。预防便秘，抗癌，维持体内酸碱平衡。在海藻中很可能含有抗癌的物质以及对在海藻中很可能含有抗癌的物质以及对抗癌某些物质的解读成分，某些物质的解读成分，同时还含有人体健康必需的矿物质矿物质，健康必需的矿物质，如果将这些物质提出来添加到人们的食物中，出来添加到人们的食物中，或许可以降低某些癌症的发病率。低某些癌症的发病率。

海藻糖的特性、功能及应用

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海藻糖的特性、功能及应用
作者：靳文斌，李克文，胥九兵，张友亮，肖兆玲，张倩，刘开昌，龚魁杰
作者单位：靳文斌,李克文,胥九兵,张友亮,肖兆玲,张倩(保龄宝生物股份有限公司,山东禹城251200;山东省功能糖提取与应用技术重点实验室,山东禹城251200)，刘开昌,龚魁杰(山东省农业科学院,山东济南,250100)刊名：
精细与专用化学品
英文刊名：Fine and Specialty Chemicals
年，卷(期)：2015,23(1)
引用本文格式：靳文斌.李克文.胥九兵.张友亮.肖兆玲.张倩.刘开昌.龚魁杰海藻糖的特性、功能及应用[期刊论文]-精细与专用化学品 2015(1)。

食品研究开发期末论文(海藻糖的研究)

海藻糖的一些研究与开发海藻糖作为一种天然的糖类,最早发现海藻糖的是W igger,他在研究黑麦的麦角菌时,让溶液静置一段时间之后,发现在容器壁中形成一些无色、非还原性、微甜的糖晶体。

随后人们发现它在自然界的动植物和微生物中广泛存在,Elbein总结了各种生物中海藻糖的含量分布,近80种植物、藻类、真菌、酵母、细菌,昆虫到无脊椎动物都罗列其中。

经过100多年的研究,直到进入20世纪90年代,较大规模的工业化生产才得以实现。

由于海藻糖的结构明显不同于其他低聚糖类,自然就赋予了它独特的理化性质与生物学特性,学术界对海藻糖的作用机理和应用进行了广泛的研究。

海藻糖(Trehalose),又名覃糖,是由两个吡喃环葡萄糖分子以A,A-1, 1键连接而成的双糖,化学名为A-D-吡喃葡糖基A-D-吡喃葡糖苷(a-D-glucosideo-a-glucosideo),分子式为C12H22O11#2H2O,分子量378133。

海藻糖理论上存在有三种不同的正位异构体(Anomers),即A,A-型、A,B-型和B,B型。

但在自然界中广泛存在的只有A,A-型异构体,也就是通常所说的海藻糖(Trehalose),也被称作蘑菇糖(Mycose,Mushroom sugar),其余两种很少见,仅在蜂蜜和王浆中发现了少量的A,B-型海藻糖(新海藻糖, Neotrehatose);另一种B,B型也被称作异海藻糖(Isotrehalose)。

海藻糖的理化性质详见下表：20世纪90年代以来,海藻糖的研究成为世界各国科学家研究的热点,其原因不仅是因为海藻糖作为一种低聚糖具有其它低聚糖的特性,而且它还具有独特的生物活性,即它对生物体和生物分子具有独特的非特异性保护作用。

长年生活在沙漠地带的一些昆虫和植物,在中午的高温下几乎被干燥脱水,处在生理学上的假死状态,但一经降雨补充水分,数小时后就能复活。

英国剑桥大学的学者对这些隐生生物的研究表明,这种复活现象是由于其体内存在高浓度的海藻糖。

海藻糖合成酶结构和功能的研究进展

海藻糖合成酶结构和功能的研究进展王东生;耿强;周家海;江凌;黄和【期刊名称】《化学与生物工程》【年(卷),期】2017(034)007【摘要】Trehalose synthase can catalyze maltose into trehalose in one step by intermolecular transglycosylation.We summarized the latest research progress of structure and function of trehalose synthase,and enumerated trehalose synthase which had been cloned and expressed,and their enzymatic properties.We also summarized and compared the structures and catalytic mechanisms of several trehalose synthases which had been resolved,and pointed out the importance of in-depth study of trehalose synthase to the industrial production of trehalose.%海藻糖合成酶能够以麦芽糖为底物,通过分子内转糖基作用,一步催化反应生成海藻糖.综述了国内外海藻糖合成酶结构和功能的最新研究进展,列举了已经被克隆和表达的海藻糖合成酶及其酶学性质,总结和比较了几种已被解析的海藻糖合成酶的结构和催化机理,指出了海藻糖合成酶的深入研究对海藻糖工业化生产的重要意义.【总页数】7页(P6-11,16)【作者】王东生;耿强;周家海;江凌;黄和【作者单位】南京工业大学生物与制药工程学院,江苏南京 210009;南京工业大学食品与轻工学院,江苏南京 210009;中国科学院上海有机化学研究所生命有机化学国家重点实验室,上海 200032;南京工业大学食品与轻工学院,江苏南京 210009;南京工业大学药学院,江苏南京 210009【正文语种】中文【中图分类】Q784【相关文献】1.海藻糖生产方法及其合成酶研究进展 [J], 谢定;张琼;朱婧;盛敏;李向红;李晓文;俞健;谭碧君2.啤酒酵母中海藻糖合成酶和海藻糖-6-磷酸合成酶的功能及结构分析 [J], 郭永豪;孙连海;余华顺;马向东3.透性化细胞海藻糖合成酶的制备及其催化合成海藻糖的工艺优化 [J], 刘念;高振;赵倩如;王凯峰;郭玉欣;江凌;周佳海4.海藻糖和甘露醇对冻融循环引起的虾蛄肌原纤维蛋白结构和功能特性变化的影响[J], 陈金玉; 李彬; 何丽丽; 梁唤唤; 韦英霞; 韩业勤; 张坤生5.海藻糖合成酶结构及其抑制剂的研究进展 [J], 蒋志洋;韩清;王金娥;朱凯;张婧瑜;邓鸣飞;黄家兴;段红霞因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

昆虫中海藻糖代谢的研究进展

[ 10] [ 9]
, 此后
、植物
[ 11]
。
为了利用海藻糖, 昆虫组织必须利用海藻糖分解酶 ( 海藻糖葡糖水解酶, EC 3. 2. 1. 28 ) 将 1 m ole海藻糖分解成 2 m ole的葡萄糖用于组织细胞的糖酵解。 3 昆虫中海藻糖代谢的调节在动物界 , 海藻糖最早是在昆虫中被报道的, 它不仅存在于血液中, 也存在于幼虫或蛹中。海藻糖是由脂肪体专门合成的。在很多昆虫中, 脂肪体是一个明显的从头部延伸到腹部, 由组织突起物附着在器官上的一个网状结构组成, 它被血液包被着。脂肪体是昆虫的中间代谢场所, 它使脊椎动物中肝脏和动物脂肪执行的功能得到了结合 3 . 1 昆虫中海藻糖合成酶的功能与调控
Rev Phys io, l 1992 , 54 : 579- 599 . [ 3] HOTT I NGER T, BOLLER T, W I E M KEN A. Rap id changes of heat and des iccation tolerance correlated w ith changes of trehalose content in S ac charomyces cerevesiae [ J]. FEBS Let, t 1987 , 220( 1): 113- 115 . [ 4] 戴秀玉, 程苹, 周坚, 等. 海藻糖的生理功能、分子生物学研究及应用前景 [ J]. 微生物学通报, 1995 , 22( 2): 102- 103 . [ 5] ELBEI N A D, M I TCHELL M. Levels ofglycogen and trehalose inM ycobac terium s megm atis , and the purification and properties of th e glycogen syn thase [ J]. J Bacterio, l 1973 , 113( 2): 63- 873 . [ 6] TAKAYAMA K, AR M STRONG E L. Isolation , characterization , and func tion of6 mycolyl 6 acetyltrehalose in theH 37Ra strain ofM ycobacterium tubercu losis [ J]. B iochem is try, 1976 , 15( 2): 441- 446 . [ 7] BECKER A, SCHLOEDER P , STEELE J E, et a.l The regulation of treha lose m etabolis m in insects [ J]. Experientia , 1996 , 52(5): 433- 439 . [ 8] ROSSEAU P, HALVORSON H O, BULLA L A J R, et a.l Ger m ination and ou tgrow th of s ingle spores of Sa ccharomyces cerevesiae view ed by scann ing electron and phase contrast m icroscopy [ J]. J B acterio,l 1972 , 109( 3): 1232- 1238 . [ 9] CAB I B E, LELOI R L. The b iosynth esis of trehalose phosphate [ J]. J B iol Chem, 1958 , 231 : 259- 275 . [ 10] MURPHY T A, WYATT G R. Th e enzym es of glycogen and trehalose and synth esis in silk moth fat body [ J]. J B iolChem, 1965 , 240 : 1500- 1508 . [ 11] EASTM OND P J , VAN DIJKEN A J , SPI ELMAN M, et a. l Trehalose 6 phosphate syn thase 1 , w h ich catalyses the first s tep in trehalose synthesis , is essen tial for Arab idopsis emb r yom aturation [ J]. Plan t J , 2002 , 29( 2): 225- 235 . [ 12] CANDY D J , KI LB Y B A. Th e biosynthesis of trehalose in the locu st fat body [ J]. B iochem J , 1961 , 78 : 531- 536 . [ 13] BECKER A, SC H L DER P, STEELE J E , et a. l Th e regu lation of treha lose metabolis m in insects [ J]. Experientia , 1996 , 52 : 433- 439 . [ 14] ELBE I N A D, PAN Y T, PASTUSZAK I , et a.l New insigh ts on trehalose : a mu ltifun ctionalm olecu le [ J]. G lycobiology, 2003 , 13( 4): 17- 27 . [ 15] STEELE J E . Occurrence of a hyperglyce m ic factor in the corpus cardia cu m of an insect [ J]. Nature , 1961 , 192 : 680- 681 . [ 16] BOWERS W S , FRI EDM AN S . M ob ilization of fatbody glycogen by an ex tract of corpus card iacum [ J]. Nature , 1963 , 198 : 685 . [ 17] SCARBOROUGH RM, J AM I ESON G C, KAL I SH F, et a.l Isolation and prm i ary structure of t w o peptides w ith cardioacceleratory and hyp erglyce m ic activ ity from the corpora card iaca ofPerip laneta Americana [ J]. Proc NatlAcad Sc, i 1984 , 81( 17): 5575- 5579 . [ 18] G DE G, RI NEHART K L J R. Am ino acid sequence of a hypertrehalosae m ic neuropeptide from the corpus cardiacu m of the cockroach Nauphoeta cinerea [ J]. B iochem B iophys Res C ommun , 1986 , 141(2): 774- 781 . [ 19] VAN LACRE A. T rehalose , reverse and /or stress m etabolite ? [ J]. FE MS M icrob iolRev, 1989 , 63 : 201- 210 .

海藻糖的最新研究进展

第9卷第4期2007年12月辽宁农业职业技术学院学报Jour nal of L iao ning A gr icultural Co llege V ol 9,No 4Dec 2007收稿日期:2007-10-20作者简介:胡慧芳(1972-),女,硕士,从事植物逆境生理研究。

海藻糖的最新研究进展胡慧芳,马有会(辽宁师范大学生命科学学院,辽宁大连116029)摘要:海藻糖被誉为生命之糖,当生物体受到不良环境条件胁迫时,它能保护生物大分子结构和功能的稳定,维持生物体的正常生命活动。

因此,它备受科学家的关注和研究。

本文对海藻糖的理化性质特别是生物学特性及应用方面的最新研究作了详细的介绍,为进一步研究海藻糖提供很好的参考。

关键词:海藻糖;生物学特性;应用中图分类号:Q 53 文献标识码:A 文章编号:1671-0517(2007)04-0026-03 海藻糖(T rehalose)最初由Wigg er s 等于1882年从黑麦的麦角菌中分离出来。

后来发现它是一种广泛存在于植物、细菌、真菌和无脊椎动物体内的非还原性的双糖。

最初被认为它只是作为一种碳源而被贮存,后来发现海藻糖往往是在环境胁迫条件下产生,含量可随外界环境条件的变化而变化,是一种应激代谢物。

当生物体处于饥饿、干燥、高温、低温冷冻、辐射、高渗、有毒试剂等不良环境的胁迫时,它能对生物体及生物大分子的活性有着良好的保护作用。

外源性的海藻糖对生物体及生物大分子的活性也有着良好的保护作用。

这一特点引起了科学家极大的兴趣。

本文将对近几年有关海藻糖的理化性质特别是生物学特性及其应用方面的研究作详细的介绍。

1 海藻糖的结构、性质1 1 结构海藻糖是一种由两个葡萄糖分子通过半缩醛羟基以a-1,1糖苷键结合的非还原性双糖。

它有(a,a)(a,b)(b,b)三种光学异构体。

天然存在的海藻糖一般为(a,a)型,分子式为C 12H 22O 11 2H 2O 相对分子量为378 33。

海藻糖的开发现状及应用前景

海藻糖的开发现状及应用前景
唐传核;葛文光
【期刊名称】《中国食品用化学品》
【年(卷),期】1997(000)003
【摘要】海藻糖（α－Ｄ－吡喃葡萄糖基－α－Ｄ－吡喃葡萄糖苷）是一种非还原
性双糖，广泛存在于自然界，包括许多植物和微生物中，特别如贝克酵母中，有时
含量达１５％，它具有显著对物质的保护性作用，因此广泛用于干燥食品可防止败
坏，本文就其生产方法加以综述，主要介绍贝克酵母，微生物发酵，酶法合成和基
因得重组法，叙述了海藻糖的特性和今后应用前景。

【总页数】4页(P1-4)
【作者】唐传核;葛文光
【作者单位】无锡轻工大学食品学院;无锡轻工大学食品学院
【正文语种】中文
【中图分类】TS264.9
【相关文献】
1.海藻糖的生产与应用研究现状及其开发前景 [J], 任小青;庄桂;廖劲松;穆馨
2.海藻糖的研究现状及其应用前景 [J], 张玉华;凌沛学;籍保平
3.海藻糖的研究现状及其应用前景 [J], 张玉华;凌沛学;籍保平
4.海藻糖的研究现状及其应用前景 [J], 傅琳琳;傅开科
5.计算机物联网关键技术的开发现状及应用前景 [J], 张士刚
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酶法生产海藻糖研究进展

ｔｒｄｃｒｈｌｓ．Ｉｐｉｔｈｔｉｈｅｍｅｔｔｎｍｅｈｄｆｐｏｕｉｇｔｈｌｓ，ｃｎｉｕｕｒｄｃｉｎｏｅａｏｐｏｕｅｔａｏｅｔｏｎｓａｎｔｅｆｒｎａｉｔｏｓｏｒｄｃｎｒａｏｅｅｏｅｏｔｏｓｐｏｕｔｆｔｈ — ｎｏｒｌｓｈｏｇｎｙｔｏｈｗｓａｔｎｎｔｅｆｔｒｏｅｔｒｕｈｅｚｍｅｍｅｈｄｓｏｅｄｉｈｕｅ，ｅｐｃａｌｌｈｓａｂｏｄｐｏｐｃｆａｐｉａｉｎｔａｎｒｕｓｅｉｙｉｗｉａｒａｒｓｅｔｐｌｔｈｔｅ— ｌｔｌｏｃｏｏｓｅｒｃｓｎｔｅｔｎｆｒａｉｎｆｍｌｓｎｏｔｈｌｓｉｒｈｌｓｙｔａｅ，ｗｅｈｎｙｃｉｉｓｉｔｐｐｏｅｓｉｈｒｓｏａｍｔｒｏｏｍａｔｅｉｔｅａｏｅｗｔｔａｏｅｓｎｈｓｏｈｅｈｎｔｅｅｚｍｅａｔｔｉｍ— ｖｙｐｏｅｙｇｎｔｎｉｅｒｇａｄｉｒｖｄｂｅｅｉｅｇｎｅｎｎｍｍｏｉｚｄｂｏｓｓａｐｉｄｃｉｂｌｅｉｍａｓｉｐｌ．ｉｅＫｅｒｓｔｈｌｓ；ｔｈｌｓｙｔａｅｐｒｅｂｌｅｅｌ；ｅｚｍｅｓｎｈｓｓｙｗｏｄ：ｒａｏｅｒａｏｅｓｎｈｓ；ｅｅｅｍａｉｚｄｃｌｉｓｎｙｙｔｅｉ

大肠杆菌海藻糖的代谢与调控研究进展.doc20115082

大肠杆菌海藻糖的代谢与调控研究进展申屠俊杰（生命科学学院生物工程2班20115082）摘要：海藻糖( Trehalose) 是化学性质稳定的非还原性二糖, 由2 个吡喃葡萄糖分子通过- 1, 1- 糖苷键连接而成, 海藻糖独特的物理特性使其在细胞中可起到稳定生物大分子的作用, 因而在化妆品、医药和食品等工业领域中有极好的应用前景。

海藻糖是一种重要的抗逆物质。

大肠杆菌中otsBA 操纵子编码的两种酶负责海藻糖合成。

细胞的周质海藻糖酶( t re A ) 将外源海藻糖分解成两个葡萄糖分子。

尽管大肠杆菌中渗透压诱导合成的海藻糖并不能保护细胞抗干燥, 我们将otsA 单个基因通过农杆菌转入烟草时, 转基因株提高了耐盐和抗干燥特性, 同时在转基因烟草提取物中检测到海藻糖, 证明otsA 基因在烟草中表达并合成海藻糖。

我们认为若将otsA 基因转入其它植物, 可望改善这些植物的抗干旱、耐盐碱特性和延长采摘后的保鲜期。

关键词海藻糖代谢大肠杆菌抗逆转基因植物海藻糖在生物圈内无处不在, 是由2 个葡萄糖分子通过1-1 糖苷键相连的二糖, 因而无还原性, 它的特殊分子结构使其有别于其他糖类, 其独特的物理特性,如高亲水性、化学稳定性、形成非吸湿性玻璃体及不形成分子内氢键, 使其作为细胞应激代谢物, 在不同的环境胁迫中保护生物大分子[ 1- 3] 。

海藻糖在工业中有极好的应用前景, 如在干燥和冷冻期间可维持细胞膜的完整性; 增加多种不稳定物质的稳定性; 提高冷冻细胞的生存能力、提高生物物质如酶、疫苗等的稳定性; 在食品和制药工业中作为冷冻保护剂和高效保存剂。

科学家正设法: 11 从微生物细胞中提取制备海藻糖, 外加至以上产品中, 干燥保护其活性; 21 分离有关海藻糖合成酶基因, 应用生物工程手段引入植物, 提高植物的抗干旱、盐碱能力, 培育优良农作物品种。

大肠杆菌( Escherichia coli , E . col i ) 作为原核生物的模型, 八十年代后期科学家们对它进行了广泛深入的研究, 其海藻糖的代谢途径及其调控是所有生物中了解得最清楚的[ 8) 11] 。

植物海藻糖-6-磷酸合成酶基因研究进展

DOI ：10.11913/PSJ. 2095-0837. 22198杜姣林，蔺新兰，马豫皖，陈己任，陈海霞，李玉帆. 植物海藻糖-6-磷酸合成酶基因研究进展[J ]. 植物科学学报，2023，41（3）：411−420Du JL ，Lin XL ，Ma YW ，Chen JR ，Chen HX ，Li YF. Research progress in plant Trehalose-6-phosphate synthase genes [J ]. Plant Sci-ence Journal ，2023，41（3）：411−420植物海藻糖-6-磷酸合成酶基因研究进展杜姣林1, 2，蔺新兰1，马豫皖1, 2，陈己任1, 2，陈海霞1, 2，李玉帆1, 2 *（1. 湖南农业大学园艺学院，长沙 410128； 2. 湖南省中亚热带优质花木繁育与利用工程技术研究中心，长沙 410128）摘　要：海藻糖-6-磷酸代谢通路是植物响应非生物胁迫生理调控网络中的重要组成部分，海藻糖-6-磷酸合成酶基因TPS （Trehalose-6-phosphate synthase ）是植物合成海藻糖的关键基因。

为了更加充分地理解TPS 基因在植物应答非生物胁迫、调节开花时间等方面的作用，本文首先对植物TPS 基因家族成员的系统进化关系及序列结构信息进行了研究，重点论述了TPS 基因在植物响应干旱、盐害、高温、低温胁迫中的调控功能及分子作用机制，最后对TPS 基因参与植物开花调控的研究进展进行了综述。

本文深入总结了目前植物TPS 基因响应非生物胁迫及开花调控的研究进展，并对今后TPS 同源基因的研究方向和应用价值进行了展望。

关键词：海藻糖-6-磷酸合成酶基因；非生物胁迫；开花调控中图分类号：Q943.2 文献标识码：A 文章编号：2095-0837（2023）03-0411-10Research progress in plant Trehalose-6-phosphatesynthase genesDu Jiao-Lin1, 2，Lin Xin-Lan 1 ，Ma Yu-Wan1, 2，Chen Ji-Ren1, 2，Chen Hai-Xia1, 2，Li Yu-Fan1, 2 *（1. College of Horticulture , Hunan Agricultural University , Changsha 410128, China ； 2. Hunan Mid-subtropical Quality PlantBreeding and Utilization Engineering Technology Research Center , Changsha 410128, China ）Abstract ：The trehalose-6-phosphate metabolic pathway is an important component of the plant physiological regulation network in response to abiotic stress. Trehalose-6-phosphate synthase (TPS ) is a key gene for tre-halose synthesis in plants. To better understand the role of the TPS gene in plant response to abiotic stress and regulation of flowering time, this study presents an overview of current information on the phylogenetics and sequence structure of plant TPS gene family members, as well as the regulatory function and molecular mechanism of TPS in plant responses to drought, salt damage, high temperature, and low temperature stress,and research progress regarding its effects on plant flowering regulation. This study presents a comprehen-sive summary of research progress on the TPS gene in response to abiotic stress and flowering regulation,while also providing future research directions and potential applications of TPS homologs.Key words ：Trehalose-6-phosphate synthase gene ；Abiotic stress ；Flowering regulation海藻糖是由两个吡喃型葡萄糖单体通过α、α-1、1-糖苷键连接而成的非还原性双糖，存在于细菌、酵母、真菌、植物、无脊椎动物、藻类等多种生物体内[1, 2]。

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海藻糖生物合成及应用研究进展曲茂华 张凤英何名芳陈卫平* （江西农业大学食品科学与工程学院南昌 330045）

摘要：海藻糖是一种非还原性二糖，是生物细胞抵抗不良环境的应激代谢产物，它可广泛用于食品、化妆品、生物医药和农业等领域。本文对最近几年海藻糖在生物细胞中的合成途经及酶调控机制、海藻糖生产合成方法及生产菌种、海藻糖对生物细胞保护作用机理及海藻糖在相关领域中的应用等研究进展进行了综述。关键词：海藻糖，酶，合成，调控机制，应用

Research progress of trehalose biosynthesis and applications QU Mao-hua ZHANG Fengying HE Mingfang CHEN Weiping * (Institute of food science and engineering, Jiangxi Agricultural University, Nanchang 330045, China) Abstract: Trehalose, a disaccharide with non-reducing as metabolite of cell in hostile environment, was used in domains of food, cosmetic, biological medicine and agricultural. The newest research progress of trehalose including synthesis pathways with enzyme regulatory mechanism, synthesis methods with producing strains, mechanism of protection for cell and applications in relative domains was reviewed in this paper. Key words: trehalose; enzyme; synthesis; regulatory mechanism; application 中图分类号：TS245.9 文献标识码：A 文章编号:2013120023

作者简介：曲茂华（1989-），硕士研究生，研究方向为食品微生物。

*通讯作者

海藻糖是一种非还原性二糖，分子式是C12H22O11•2H2O，广泛分布于自然界中许多生物细胞中。海藻糖是一种生物应激代谢产物，一些在极端环境生长的古生菌、真菌，以及一些生长在不良环境中的动植物细胞中海藻糖含量较高。甚至在可以用于清理核污染的抗辐射型细菌如耐辐射球菌（Deinococcus radiodurans ）[1]中也发现了海藻糖的存在。海藻糖在生物细胞中的作用是保护细胞抵抗不良环境的影响，其功能是保护细胞质膜，蛋白质、核酸等生物大分子空间结构和功能活性，维持渗透压和防止细胞内营养成分流失。由于海藻糖具有以上功能，它可用于医学生物制品中起到保护剂的作用[2]；增强农作物抗逆性[3]，通过转基因手段来培育耐盐碱型农作物[4]，培育抗冻果蔬等；同时，海藻糖不具有还原性，不会发生美拉德反应，可以作为稳定的添加剂应用于食品工业。因此，对海藻糖进行研究具有重要意义，本文针对海藻糖生物合成、作用机理、应用方面的最新研究进展进行综述。 1海藻糖合成的相关酶以及调控途径 1.1海藻糖合成途径目前对海藻糖合成代谢途径的研究文献较丰富。研究发现在生物体内的海藻糖合成途径主要有以下几条：一是 OtsAB途径，通过TPS（Trehalose-6-phosphate synthase，6-磷酸海藻糖合成酶）和TPP（Trehalose-6-phosphate phosphatase，6-磷酸海藻糖磷酸酯酶）酶来形成海藻糖[5]。在酵

网络出版时间：2014-02-20 16:01网络出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1759.TS.20140220.1601.030.html 母细胞内通过TPS1和TPS2酶来合成海藻糖[6]，如酿酒酵母；而其他一些真菌中的海藻糖合成途径还有一些辅助性的且作用不是很明显的酶的参与，如TPS3和TSL1[7]。二是TreYZ途径，是在Arthrobacter sp.中发现的，通过两步催化反应来合成海藻糖[8]。三是TreS（Trehalose synthase，海藻糖合酶）途径，该途径目前只在细菌中被发现，TreS酶活具有可逆性[9]，在谷氨酸棒状杆菌中，TreS酶在细胞内海藻糖过量情况下会将海藻糖转化为麦芽糖，以调节细胞内海藻糖浓度平衡[10]。除以上几种途径外，还有两条海藻糖合成途径，分别为TreT（Trehalose glycosyltransferase，海藻糖糖基转移酶）途径和TreP（Trehalose phosphorylase，海藻糖磷酸化酶）途径，这两条途径与TreS途径一样，具有可逆的催化活性[11]。 Mladen Tzvetkov等人[12]对谷氨酸棒状杆菌(Corynebacterium glutamicum)进行研究，但研究重点在于弄清其中三条海藻糖合成途径的影响大小。研究表明，OtsAB途径和TreYZ途径是细胞内合成海藻糖的两条主要途径，而TreS途径不是细胞内海藻糖的主要合成途径。通过OtsAB途径合成1mol的海藻糖需要消耗1mol葡萄糖-6-磷酸以及1mol的UDP-葡萄糖，但通过TreYZ途径合成1mol海藻糖需要消耗2molADP-葡萄糖（用于糖原合成），并且细胞往往会优先选择TreYZ途径而不是OtsAB途径来合成海藻糖，而且在C.glutamicum培养基中添加微量的糖类碳源，细胞仅通过TreYZ途径就可以完全满足对海藻糖的需要。 1.2海藻糖合成酶活性位点及调控途径在分子水平对海藻糖合成酶进行研究的难度相对较高，目前在此方面研究进展较为缓慢，最大突破是TreS酶与MTHase（Maltooligosyltrehalose trehalohydrolase，麦芽寡糖基海藻糖水解酶）三维结构测定。英国与日本科学家分别对TreS途径以及TreYZ途径中的酶类进行详细研究，从分子角度成功阐述了相关代谢途径以及酶三维结构，并阐明其中的调控机制。英国科学家以具有产海藻糖能力的结核杆菌（Mycobacterium tuberculosis）[13]作为研究菌株，对细胞内TreS酶进行检测和分析，详细阐述了海藻糖合酶作用机制及其三维结构，发现TreS酶活可以整合到其它产物的合成途径中[14]。TreS属于糖苷水解酶家族（Family GH13）[15]，其结构由两段保守区域组成，一个是催化区域（(β/α)8 barrel-like 折叠，也称TIM barrel折叠），另一个是C-末端 β-夹心结构区域。其中靠近酶活性位点的β3-β4 环状结构是钙离子结合位点，但是其功能尚不明确。β7-β8环状结构主要作用是在底物催化过程中固定底物，使底物在整个催化过程中一直固定于酶活性位点上。在催化麦芽糖时，催化反应一直在酶的活性位点上进行，其间所形成的葡萄糖单体不会释放，直到葡萄糖单体重新合成出海藻糖为止。另外，产物也是通过β7-β8环状结构固定于酶活性位点上，当产物需要释放时，β7-β8环状结构中所含的两个保守区域中的氨基酸发生替换（Ser（丝氨酸）替换了 Thr（苏氨酸）；Asp（天冬氨酸）替换了Ser），使得环状结构发生重构而失去固定作用，将产物释放到溶液中并接纳新的底物。 MTHase是海藻糖合成途径中一种重要的a-淀粉酶[16]。该酶与MTSase（Maltooligosyltrehalose synthase，麦芽寡糖基海藻糖合成酶）协同作用，切割中间产物化合物中的α-1,4糖苷键生成海藻糖，该过程对海藻糖的形成起着至关重要的作用。研究发现[17]，Asp252（天冬氨酸）与Glu283（谷氨酸）位于MTHase的催化位点处，在实验中构建突变株：D252S(Ser替换了 Asp252) 、D252E（Ser替换了Glu283）、E283Q（Gln（谷氨酰胺）替换了Glu283），同野生型菌株比较，它们的酶活性仅为对照组野生菌株酶活性的0.04%，0.03%和 0.6%。对突变株与野生型菌株所产生的MTHase进行结构分析以及底物催化试验，结果表明，使用Ser或Thr替换Asp252后，在反应时在活性位点酶与底物之间会插入一个水分子，这样会使原先的双取代机制变为单一取代机制，对Glu252 进行替换后，反应中会形成稳定的酶-底物复合物。Asp252与底物所发生的双取代反应有直接关系，Glu则控制底物或产物的释放。 2海藻糖生产应用研究 2.1海藻糖生产方法海藻糖生产目的是为了获得高纯度海藻糖产品以及相关酶产品[18]。由于海藻糖普遍存在于生物细胞中，微生物细胞中含量更为丰富，目前在试验室和生产上制备海藻糖主要有三种方法：一是从生物细胞中提取；二是采用微生物发酵生产；三是采用微生物发酵提取相关海藻糖合成酶，采用酶法合成海藻糖。发酵法：由于微生物生长旺、繁殖快，易于培养，采用深层发酵海藻糖具有先天的优越性，利用产海藻糖酵母、细菌等为出发菌株，选育出产海藻糖高产菌株，发酵生产海藻糖，再采用有效分离提取的方法提取和精制。酶合成法：酶合成法是采用微生物发酵产生并提取相关海藻糖合成酶类，以各类碳水化合物为底物来合成海藻糖。酶的最大缺点是其脆弱性，容易失活，实际生产中使用相关合成酶进行海藻糖生产，要考虑保持酶活性和酶类制剂的成本，可使用酶固定化或细胞固定化技术来保护酶类。目前，海藻糖酶的固定化这方面研究比较少。 2.2海藻糖相关菌株筛选与改良无论采用发酵法或酶法生产海藻糖，获得优良菌株对海藻糖工业化生产具有重要价值，如能采用基因工程等技术获得可在胞外积累的菌株生产海藻糖，对于提高生产效率有较大意义。海藻糖合成方面可以使用的菌株非常广泛，包括酵母、根霉、细菌以及一些藻类都可以生产海藻糖。在酵母菌方面，一般使用的菌株为酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）和裂殖酵母（Schizosaccharomyces pombe）以及耐寒性酵母（Guehomyces pullulans）等，它们都可以在细胞内通过TPS1与TPS2酶催化生产海藻糖[19]，直接用抽提法从酵母菌中获取海藻糖，但是这种方法效率偏低。François J M等[20]重点研究探讨了Saccharomyces cerevisiae中与海藻糖合成有关基因调控机制，对酵母细胞内海藻糖提取工艺进行一定程度优化。除了用酵母外，海藻糖生产菌株主要集中于杆菌属和球菌属等菌株[21]。如谷氨酸棒状杆菌（Corynebacterium glutamicum）、结核杆菌（Mycobacterium tuberculosis）、恶臭假单孢菌（Pseudomonas putida）、浑浊红球菌（Rhodococcus opacus）、丙酸杆菌（Propionibacterium freudenreichii）及耐辐射球菌（Deinococcus radiodurans ）等菌株，都可以用于生产海藻糖[22]。大肠杆菌在渗透压胁迫环境中也可以积累内源性海藻糖，大肠杆菌虽然可以生产海藻糖，但需要通过基因改良除去细胞中的海藻糖酶才能应用于工业生产，并且需要进一步考察在海藻糖过量情况下海藻糖对大肠杆菌细胞的不利影响，这也是使用大肠杆菌来生产海藻糖的研究重点[23]。Mary Jackson等研究了Mycobacterium tuberculosis中海藻糖合成代谢机制[24]，并对相关基因调控进行总结，得到有效生产海藻糖的改良型突变株。结核杆