耐碱和耐热木聚糖酶研究进展

木聚糖酶是一种重要的工业用酶,近年来由于它在制浆和造纸工业中的特殊用途而受到广泛关注。在制浆和造纸工业中需要耐碱和耐热的木聚糖酶。要得到这样的木聚糖酶有两种办法,一是从极端环境中筛选这样的高产木聚糖酶的微生物,其二是用先进的生物技术对现有的木聚糖酶进行遗传改造,以达到耐热和耐碱的目的。     

碱性木聚糖酶研究进展*

木聚糖是一种在自然界中含量仅次于纤维素的丰富的可再生资源,木聚糖酶是一类可以将木聚糖水解成单糖和寡糖的酶,利用木聚糖酶将木聚糖分解后的产物被广泛应用于食品、造纸以及纺织等行业。木聚糖酶按其对酸碱环境的耐受能力分为碱性木聚糖酶、中性木聚糖酶和酸性木聚糖酶,其中碱性木聚糖酶适合应用于造纸工业中,尤其在造纸的制浆、促进漂白及废纸脱墨等多种工艺中,可以显著提高纸张质量,有效降低氯气排放量,从而减少对环境的污染。随着生物技术的进步,利用基因工程技术可以对碱性木聚糖酶进行分子改造,以提高其耐碱、耐热能力,扩大其在工业应用中的条件范围。介绍碱性木聚糖酶在分子改造方面的研究进展以及其在造纸漂白和制浆、废纸脱墨中的应用。     

木聚糖酶与XIP型木聚糖酶抑制蛋白相互作用分子机制的研究进展

Xylanase inhibitor protein (XIP)型木聚糖酶抑制蛋白对大部分GH10、GH11家族的真菌木聚糖酶具有抑制作用,但是却不能抑制细菌来源和植物自身所产生的木聚糖酶。XIP型木聚糖酶抑制蛋白对木聚糖酶的抑制作用主要是通过模拟底物接触酶的活性位点,迅速阻塞底物进入活性位点区域的通道。然而,在对XIP型木聚糖酶抑制蛋白具有抗性的GH10和GH11木聚糖酶晶体结构中,连接二级结构的Loop构象严重阻碍了XIP型木聚糖酶抑制蛋白的抑制功能。与对XIP型木聚糖酶抑制蛋白敏感的木聚糖酶相比,氨基酸残基的插入突变导致抗性木聚糖酶的Loop具有明显的凸出构象;而在GH11家族抗性木聚糖酶中,"拇指"结构中部分氨基酸的替换致使XIP型木聚糖酶抑制蛋白与"拇指"结构无法形成稳固的氢键和疏水建,从而削弱XIP的抑制作用。     

嗜极性木聚糖酶

木聚糖酶内切水解木聚糖主链的1,4-β-D-糖苷键,木聚糖是植物细胞壁中一种主要的多糖。自然界中木聚糖是多种糖类的复合体,这就使得木聚糖酶呈现多态性和多域性,由此需将繁多的木聚糖酶进行归类。木聚糖酶的催化反应属于双置换机制。在已研究的真菌或细菌性木聚糖酶中,大多数在温和的条件下表现出最佳活性,但有很多在极端环境下生长的生物体,为了适应极端环境而产生嗜极性的酶,其中嗜酸的、嗜碱的、嗜热的木聚糖酶,现在已有广泛的研究。对嗜极性木聚糖酶的研究进展作了论述。     

耐冷皮壳正青霉一种木聚糖酶的纯化与性质研究

研究了耐冷皮壳正青霉Eupenicillium crustaceum一种木聚糖酶的纯化和酶学性质。采用硫酸铵沉淀和阴离子交换层析的方法,从耐冷皮壳正青霉液体发酵液中分离纯化出一种亚基分子量35kDa的木聚糖酶。酶学性质研究表明,酶的最适pH值为5.5,在pH4.5-6.5范围内具有较高的催化活性。最适温度为50℃,20℃下酶活为最高酶活的40%。Ag+和Fe2+大幅度提高木聚糖酶的酶活,而Mn2+和Hg2+强烈抑制木聚糖酶的活性。同时,该木聚糖酶具有严格的底物特异性。     

细菌木聚糖酶高产菌的选育及产酶条件

木聚糖是一种在植物体内大量存在的半纤维素,是在自然界中含量仅次于纤维素的一种可再生植物纤维。木聚糖酶(ｘｙｌａｎａｓｅ,ＥＣ3.2.1.8)是一类能够特异降解木聚糖的酶类。近年来,人们将其广泛用于造纸工业的纸浆生物处理,与其他消化酶类一起用作饲料添加剂,以及应用于食品加工工业和纺织工业等。木聚糖酶可以由许多种微生物产生[1],我国多集中于霉菌木聚糖酶的研究。本文报告了一株细菌木聚糖酶产生菌的筛选及产酶条件的研究结果。1　材料和方法11　菌株本实验室分离、保存的木聚糖酶产生菌ＷＸＵＬＩ11及其突变株ＷＬＵＮ024。12　培养…     

枯草芽孢杆菌内切木聚糖酶的分离纯化与鉴定

目的：建立一种简便、快速的木聚糖酶分离和提取方法。方法：采用活性聚丙烯酰胺凝胶电泳和均质提取法相结合,分离纯化枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)固体培养基发酵产物中的木聚糖酶,进一步用薄层色谱和高压液相色谱对木聚糖酶进行鉴定。结果：采用活性聚丙烯酰胺凝胶电泳和均质提取法相结合,从枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)固体培养基发酵产物中分离得到了两种内切木聚糖酶,酶解桦木木聚糖的产要产物以木二糖和木三糖为主。结论：活性聚丙烯酰胺凝胶电泳和均质提取法相结合是一种新的分离纯化木聚糖酶的简便、有效方法。     

木聚糖酶分子结构与重要酶学性质关系的研究进展

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。     

通过理性改造提高11家族木聚糖酶热稳定性研究进展

木聚糖是植物细胞中含量最高的半纤维素,是一种重要的微生物资源,也是自然界中含量丰富的多糖之一。木聚糖酶是能够将复杂的木聚糖结构水解为木寡糖的一类酶系,按其结构域可分为不同的家族,其中大部分木聚糖酶属于糖苷水解酶的10和11家族,而11家族的木聚糖酶由于分子量较小,比酶活较高等诸多优点使其在饲料、造纸、食品、能源工业有着广阔的应用前景。但是商业化木聚糖酶必须易于生产,酶活较高,并且能够适应工业过程中的各种严格条件,例如饲料与造纸工业过程中有时需要瞬时提高反应温度,这就要求参与这一系列反应的木聚糖酶在高温下有着较高的比酶活和热稳定性。但是一般条件下,很多微生物分泌的木聚糖酶达不到此要求,因此,通过合理的分子生物学方法提高木聚糖酶的热稳定性使其在工业生产中发挥更大的作用是人们不断追求的目标。本文重点阐述二硫键、糖基化、疏水作用等蛋白的重要性质,结合作者自身实验结果,讨论了这些性质对11家族木聚糖酶热稳定性的影响。为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提供参考。     

Bacillus pumilus WL-11木聚糖酶A的纯化、鉴定及其底物降解方式

对一株Bacilluspumilus WL_11木聚糖酶的纯化、酶学性质及其底物降解模式进行了研究。经过硫酸铵盐析、CM_Sephadex及SephadexG_75层析分离纯化,获得一种纯化的WL_11木聚糖酶A ,其分子量为26.0kD ,pI值9.5 ,以燕麦木聚糖为底物时的表观Km 值为16.6mg mL ,Vmax值为12.63μmol (min·mg)。木聚糖酶A的pH稳定范围为6 0至10 4 ,最适作用pH范围则在7.2至8.0之间,是耐碱性木聚糖酶;最适作用温度为45℃～55℃,在37℃、45℃以下时该酶热稳定性均较好;50℃保温时,该酶活力的半衰期大约为2h ,在超过50℃的环境下,该酶的热稳定较差,55℃和60℃时的酶活半衰期分别为35min和15min。WL_11木聚糖酶A对来源于燕麦、桦木和榉木的可溶性木聚糖的酶解结果发现,木聚糖酶A对几种不同来源的木聚糖的降解过程并不一致。采用HPLC法分析上述底物的降解产物生成过程发现木聚糖酶A为内切型木聚糖酶,不同底物的降解产物中都无单糖的积累,且三糖的积累量都较高;与禾本科的燕麦木聚糖底物降解不同的是,木聚糖酶A对硬木木聚糖降解形成的五糖的继续降解能力较强。采用TLC法分析了WL-11粗木聚糖酶降解燕麦木聚糖的过程,结果表明燕麦木聚糖能够被WL-11粗木聚糖酶降解生成系列木寡糖,未检出木糖,这说明WL-11主要合成内切型木聚糖酶A,同时发酵液中不含木糖苷酶,适合用来酶法制备低聚木糖。