張宇琪，張洪斌，甘微葦，胡雪芹

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右旋糖酐酶研究進(jìn)展

張宇琪，張洪斌，甘微葦，胡雪芹

合肥工業(yè)大學(xué)醫(yī)學(xué)工程學(xué)院，安徽合肥 230009

張宇琪, 張洪斌, 甘微葦, 等. 右旋糖酐酶研究進(jìn)展. 生物工程學(xué)報(bào), 2015, 31(5): 634–647.Zhang YQ, Zhang HB, Gan WW, et al. Research progress in dextranase. Chin J Biotech, 2015, 31(5): 634–647.

右旋糖酐酶是一種將高分子右旋糖酐催化降解為低分子量多糖的水解酶。該酶及其催化產(chǎn)物在醫(yī)藥、食品、化工等工業(yè)領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值與廣泛的工業(yè)用途，因此近年來(lái)國(guó)內(nèi)外對(duì)右旋糖酐酶的研究逐漸增多。結(jié)合文獻(xiàn)記載及本實(shí)驗(yàn)室研究成果，對(duì)右旋糖酐酶的研究進(jìn)展及其工業(yè)應(yīng)用進(jìn)行綜述，并對(duì)當(dāng)前有關(guān)該酶研究的熱點(diǎn)和重點(diǎn)、國(guó)內(nèi)右旋糖酐酶研究存在的問(wèn)題以及未來(lái)的研究趨勢(shì)提出了見(jiàn)解。

右旋糖酐酶，菌株來(lái)源，基因研究，工業(yè)應(yīng)用

右旋糖酐及其衍生物被廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、食品、化工等眾多行業(yè)，市場(chǎng)需求巨大 (全球每年的需求近幾百億美金)。但是目前臨床級(jí)右旋糖酐的生產(chǎn)方法多采用酸水解，不僅需要消耗大量的能源，而且由于含有大量的氯離子而嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外學(xué)者都在致力于研究一種低能耗、高品質(zhì)的右旋糖酐生產(chǎn)方法，研究發(fā)現(xiàn)利用右旋糖酐酶能夠水解右旋糖酐聚合物得到各種分子量的右旋糖酐[1]以及功能性低聚糖[2]，因此許多學(xué)者都在研究右旋糖酐酶制備與催化性能，以提高右旋糖酐酶的酶活、穩(wěn)定性與工業(yè)應(yīng)用等。右旋糖酐酶催化降解高分子右旋糖酐，能夠生產(chǎn)出適用于食品、化工、醫(yī)藥等領(lǐng)域的中、小分子量的多糖，酶催化反應(yīng)條件溫和、能耗低，從而能實(shí)現(xiàn)低分子量多糖生產(chǎn)工藝的綠色、環(huán)保、低碳目標(biāo)，尤其有利于生物多糖在醫(yī)藥領(lǐng)域中的應(yīng)用。本文結(jié)合各國(guó)學(xué)者對(duì)右旋糖酐酶的研究以及本實(shí)驗(yàn)室研究成果對(duì)其產(chǎn)生菌、酶學(xué)性質(zhì)及工業(yè)應(yīng)用等進(jìn)行系統(tǒng)論述，并對(duì)當(dāng)前有關(guān)該酶研究的熱點(diǎn)和重點(diǎn)、國(guó)內(nèi)右旋糖酐酶研究存在的問(wèn)題以及未來(lái)的研究趨勢(shì)提出了見(jiàn)解。

1 右旋糖酐酶的分類(lèi)、產(chǎn)生菌以及酶分子結(jié)構(gòu)

1.1 右旋糖酐酶的分類(lèi)

右旋糖酐酶屬于糖苷水解酶[3]，通常根據(jù)對(duì)右旋糖酐的水解方式不同將該酶分為內(nèi)切右旋糖酐酶 (Endodextranase EC 3.2.1.11，α-1,6- glucan 6-glucanohydrolase；也被稱(chēng)作右旋糖酐酶) 和外切右旋糖酐酶 (Exodextranase EC 3.2.1.70，glucan 1,6-α-glycosidase；也被稱(chēng)作右旋糖酐葡萄糖苷酶)。外切右旋糖酐酶主要從右旋糖酐鏈的非還原端降解α-(1→6) 鍵，釋放出葡萄糖。內(nèi)切右旋糖酐酶主要水解右旋糖酐鏈內(nèi)部的α-(1→6) 鍵，生成系列中低分子量多糖 (圖1)。大多數(shù)內(nèi)切右旋糖酐酶只有在多個(gè)連貫的α-(1→6) 葡萄糖苷鍵存在時(shí)才能發(fā)揮其催化作用[4]，但也有不需要多個(gè)連貫的α-(1→6) 葡萄糖苷鍵存在即能發(fā)揮水解作用的內(nèi)切右旋糖酐酶，例如Wynter等[5]報(bào)道的一株厭氧嗜熱細(xì)菌-Rt364，它產(chǎn)生的右旋糖酐酶能水解淀粉中單一的α-(1→6) 葡萄糖苷鍵。外切右旋糖酐酶主要由腸道內(nèi)的一些類(lèi)桿菌屬的細(xì)菌產(chǎn)生，而內(nèi)切右旋糖酐酶的產(chǎn)生菌比較多，常見(jiàn)的有青霉菌[6]、芽胞桿菌和節(jié)桿菌。

圖1 內(nèi)切型右旋糖酐酶水解方式

另外，也有報(bào)道過(guò)右旋糖酐蔗糖酶、糊精右旋糖酐酶以及異麥芽糖右旋糖酐酶，其中右旋糖酐蔗糖酶 (EC 2.4.1.5，dextransucrase) 催化D-吡喃葡萄糖基從蔗糖轉(zhuǎn)移到葡聚糖，能以蔗糖為底物合成右旋糖酐，并生成副產(chǎn)物果 糖[7]，Robyt等[8]的研究證實(shí)了該過(guò)程中存在受體反應(yīng)且符合兩點(diǎn)嵌入機(jī)制；Yamamoto等[9]的研究顯示能夠產(chǎn)生糊精右旋糖酐酶 (EC 2.4.1.2，dextrin dextranase)，該酶通過(guò)催化供體非還原性末端上的α-1,4-吡喃葡萄糖基轉(zhuǎn)移到受體的非還原性末端上，形成α-1,6-糖苷鍵來(lái)生成高分子右旋糖酐；Tochihara等[10]的研究顯示球形節(jié)桿菌能夠產(chǎn)生異麥芽糖右旋糖酐酶 (EC 3.2.1.94，1,6-α-D-glucanisomaltohydrolase)，該酶以外切方式從非還原端水解右旋糖酐，釋放出連續(xù)的異麥芽糖單元，最適作用溫度約65 ℃，最適pH約5.3，其催化方式是一種異頭碳的保留機(jī)制[11]。迄今報(bào)道的右旋糖酐酶都屬于誘導(dǎo)酶，產(chǎn)生菌的發(fā)酵液必須要有誘導(dǎo)物的存在才能保證右旋糖酐酶的形成，主要的誘導(dǎo)物有：右旋糖酐，改良的底物酮基右旋糖酐 (Ketodextran) 和改良的產(chǎn)物異麥芽糖棕櫚酸單酯或二酯 (Isomaltosemo nopalmitate或Dipalmitate)。

近年來(lái)，由于國(guó)際生物化學(xué)和分子生物學(xué)聯(lián)合會(huì) (The International Union of Biochemistry and Molecular Biology, IUB-MB) 對(duì)糖苷酶基于酶底物特異性和催化反應(yīng)類(lèi)型分類(lèi)具有一定的局限性，1991年Henrissat等將糖苷水解酶和糖基轉(zhuǎn)移酶按家族分類(lèi)并建立了CAZy (Carbohydrate active enzymes) 數(shù)據(jù)庫(kù)[12]，該法基于蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)域中的氨基酸序列和空間結(jié)構(gòu)的相似性，結(jié)合酶分子的序列、結(jié)構(gòu)與催化機(jī)制對(duì)其結(jié)構(gòu)域進(jìn)行定義，將內(nèi)切右旋糖酐酶被劃分到49和66家族，外切右旋糖酐酶歸屬于13和15家族[13]。

1.2 右旋糖酐酶產(chǎn)生菌

右旋糖酐酶的產(chǎn)生菌種類(lèi)繁多，如繩狀青霉、點(diǎn)青霉、淡紫擬青霉、芽胞桿菌、鏈球菌、申克孢子絲菌、雙歧桿菌、節(jié)桿菌等。總的來(lái)說(shuō)，右旋糖酐酶產(chǎn)生菌大體可以分為真菌類(lèi)、細(xì)菌類(lèi)以及其他類(lèi)目，表1列舉了文獻(xiàn)記載的不同來(lái)源的右旋糖酐酶產(chǎn)生菌及酶學(xué)性質(zhì)。

由表1可以看出，右旋糖酐酶產(chǎn)生菌多數(shù)來(lái)源于真菌，特別是青霉菌，其次來(lái)源較廣泛的為細(xì)菌，而放線菌來(lái)源以節(jié)桿菌屬為主。2012年P(guān)urushe等[32]報(bào)道出一株放線菌來(lái)源的右旋糖酐酶產(chǎn)生菌，所產(chǎn)右旋糖酐酶同時(shí)具有嗜堿 (最適pH 9.0) 與嗜熱 (最適溫度60 ℃) 的特性，對(duì)于制糖業(yè)右旋糖酐污染的消除具有很好的效果，但是其熱穩(wěn)定性有待于進(jìn)一步提高。細(xì)菌來(lái)源的右旋糖酐酶普遍具有良好的耐熱性，最適溫度多在40–60 ℃，最適pH約為5.0–7.0，但是酶活普遍較低，需要通過(guò)誘變篩選或者基因克隆的手段獲取高活力的右旋糖酐酶[27-28,35]。從總體上分析，真菌來(lái)源的右旋糖酐酶最適溫度多為45–70 ℃，pH約為5.0–5.5，活力較高，穩(wěn)定性較好，因此從真菌中篩選得到高活力、高穩(wěn)定性的右旋糖酐酶對(duì)于該酶的工業(yè)應(yīng)用具有很高的價(jià)值。

表1 右旋糖酐酶產(chǎn)生菌分類(lèi)及所產(chǎn)右旋糖酐酶特性

本實(shí)驗(yàn)室近兩年已經(jīng)成功從土壤中篩選出若干株右旋糖酐酶產(chǎn)生菌，并完成了其中兩株的分離純化及酶學(xué)性質(zhì)研究[19,22-23]，一株為棘孢青霉，GenBank登錄號(hào)HQ647326，所產(chǎn)右旋糖酐酶與本實(shí)驗(yàn)室構(gòu)建表達(dá)的基因工程菌BL21產(chǎn)生的右旋糖酐蔗糖酶進(jìn)行協(xié)同催化反應(yīng)，可制得不同分子量的低聚右旋糖酐，通過(guò)結(jié)構(gòu)分析推斷其產(chǎn)物具有很高的臨床應(yīng)用價(jià)值且可用于制備右旋糖酐衍生物[36]；另外一株為哈茨木霉，GenBank登錄號(hào)HQ647325，所產(chǎn)右旋糖酐酶具有優(yōu)先降解高分子量右旋糖酐的特性，非常有利于藥用右旋糖酐 (70 kDa & 40 kDa & 20 kDa) 的合成，且與上述重組右旋糖酐蔗糖酶聯(lián)合作用可合成出功能性糖分含量高、益生元特性好的低聚糖[37]。

1.3 右旋糖酐酶的結(jié)構(gòu)

由表1可知，不同來(lái)源的右旋糖酐酶的分子量總體偏大 (低至26.5 kDa，高達(dá)410 kDa)，使得這種大分子酶蛋白的結(jié)構(gòu)鑒定顯得非常困難，因而關(guān)于右旋糖酐酶的分子結(jié)構(gòu)及催化機(jī)理的研究成為該領(lǐng)域的一個(gè)難點(diǎn)。據(jù)文獻(xiàn)記載，口腔鏈球菌右旋糖酐酶的分子結(jié)構(gòu)主要由5部分組成[38]：N-末端信號(hào)肽(Sp)、C-末端膜結(jié)合區(qū)域(MAR)、一個(gè)不變區(qū)(CR) 和兩個(gè)可變區(qū)(VR)。不變區(qū)約位于整個(gè)肽鏈的中間位置，其兩側(cè)是兩個(gè)可變區(qū)。右旋糖酐酶的不變區(qū)具有高度同源性，約由540個(gè)氨基酸殘基組成，同源性49%–90%。不變區(qū)含有兩個(gè)功能結(jié)構(gòu)域：催化部位(Catalytic site) 和葡聚糖結(jié)合部位(Dextran-binding domain)。

截止到2014年8月，CAZy數(shù)據(jù)庫(kù)已收錄25種內(nèi)切右旋糖酐酶和5種外切右旋糖酐酶，其中3種右旋糖酐酶的結(jié)構(gòu)已經(jīng)獲得解析，酶蛋白的分子信息如表2所示。

表2 右旋糖酐酶的分子信息

圖2 朱黃青霉Penicillium minioluteum右旋糖酐酶(A) 和變形鏈球菌Streptococcus mutans右旋糖酐酶 (B) 的結(jié)構(gòu)[17,41]

2003年，Larsson等[17]報(bào)道了一種朱黃青霉右旋糖酐酶的晶體結(jié)構(gòu)以及催化機(jī)理。如圖2所示，該酶也主要含有兩個(gè)結(jié)構(gòu)域：一個(gè)右手平行的β螺旋結(jié)構(gòu)與N末端的β夾層結(jié)構(gòu)域；通過(guò)核磁共振波譜追蹤分析，該酶的反應(yīng)過(guò)程伴隨著異頭碳的反轉(zhuǎn)，意味著存在一個(gè)單一的置換機(jī)制[13]。在酶分子的表面有一個(gè)鍵合異麥芽糖的縫隙，構(gòu)成酶分子與產(chǎn)物的復(fù)合物，葡萄糖單元的糖苷氧在+1亞位點(diǎn)處與Asp395形成一個(gè)氫鍵，Asp376和Asp396兩個(gè)氨基酸殘基被用于活化水分子，該水分子被用于親和攻擊右旋糖酐α-1,6-糖苷鍵上的異頭碳，而酸提供的質(zhì)子用于糖苷鍵的質(zhì)子化，兩者在聚合物鏈的同側(cè)同時(shí)進(jìn)行，最終實(shí)現(xiàn)α-糖苷鍵的斷裂，使得右旋糖酐被降解、分子量降低、粘度下降。

2012年，Suzuki等[40]報(bào)道了一種變形鏈球菌右旋糖酐酶的晶體結(jié)構(gòu)及催化機(jī)理，如圖2所示，該酶由至少5個(gè)氨基酸序列區(qū)域組成，其不變區(qū)含有3個(gè)結(jié)構(gòu)域：具有一個(gè)免疫球蛋白樣的β-夾層結(jié)構(gòu)域N；含有一個(gè) (β/α)8-桶狀結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)域A為該酶的催化部位；包含兩個(gè)希臘鑰匙圖案的β夾層結(jié)構(gòu)域C。通過(guò)分析酶-產(chǎn)物復(fù)合結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)：Asp385是催化反應(yīng)的親核試劑，Glu453是雙置換機(jī)制的酸/堿，且該酶表現(xiàn)出保留型催化性質(zhì)。這是66家族糖苷水解酶中首個(gè)闡明結(jié)構(gòu)、酶促反應(yīng)機(jī)理及底物識(shí)別位點(diǎn)的報(bào)道。此外，近年來(lái)利用定點(diǎn)誘變技術(shù)還發(fā)現(xiàn)Asp243對(duì)棲熱袍菌TMO右旋糖酐酶的催化反應(yīng)也是必需的[35]。

2 右旋糖酐酶編碼基因的進(jìn)化分析

右旋糖酐酶的編碼基因主要來(lái)自于真菌和細(xì)菌。其中，真菌來(lái)源的基因主要來(lái)自青霉菌，細(xì)菌來(lái)源的種類(lèi)比較多，主要有大鼠鏈球菌、變形鏈球菌、唾液鏈球菌和類(lèi)芽胞桿菌等。表3列舉了已經(jīng)報(bào)道的不同菌株來(lái)源的右旋糖酐酶基因。

由表3可知，學(xué)者們已從大量的右旋糖酐酶天然菌株中克隆得到相應(yīng)的編碼基因，重組酶的分子量由62 kDa到128.1 kDa不等。圖3為青霉菌、類(lèi)芽胞桿菌及鏈球菌右旋糖酐酶基因的系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)。通過(guò)比對(duì)分析發(fā)現(xiàn)，青霉菌的與同源性高達(dá)89.18%；類(lèi)芽胞桿菌的Dex70-1B和Dex70-34同源性為59.84%；Dex50-2與Dex70-1B、Dex70-34比對(duì)同源性分別為48.41%和46.21%；Dex40-8與Dex50-2比對(duì)的同源性為65.33%；Dex40-8與Dex70-1B比對(duì)的同源性為40.31%；Dex50-2與Dex70-34比對(duì)同源性僅為32.57%。變形鏈球菌與鼠鏈球菌同源性為66.85%；而唾液鏈球菌與變形鏈球菌、鼠鏈球菌同源性分別為53.98%和52.57%；倉(cāng)鼠鏈球菌與汗毛鏈球菌同源性為66.83%。

表3 不同菌株來(lái)源的右旋糖酐酶基因

圖3 青霉菌、類(lèi)芽孢桿菌及鏈球菌右旋糖酐酶基因的系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)

總體來(lái)講，真菌來(lái)源的右旋糖酐酶編碼基因的研究相對(duì)較少；鏈球菌來(lái)源的右旋糖酐酶基因同源性較高；其次為類(lèi)芽胞桿菌，而來(lái)自不同類(lèi)芽胞桿菌的基因同源性相對(duì)較低；并且來(lái)自不同菌屬的右旋糖酐酶基因同源性相差較大。本實(shí)驗(yàn)室在基因克隆方面也進(jìn)行了深入研究，2008年成功對(duì)右旋糖酐蔗糖酶基因進(jìn)行了克隆和測(cè)序并成功表達(dá)[49-50]，其GenBank登錄號(hào)為DQ345760；目前正在進(jìn)行右旋糖酐酶的基因克隆研究。當(dāng)然，國(guó)際上關(guān)于右旋糖酐酶的基因克隆研究還處在發(fā)展階段；而國(guó)內(nèi)有關(guān)右旋糖酐酶基因克隆的研究主要集中于朱黃青霉[51]、細(xì)麗毛殼菌[52]和斯氏油脂酵母來(lái)源的右旋糖酐酶，因此仍然有很多未知的右旋糖酐酶編碼基因有待于研究人員的深入研究。

3 右旋糖酐酶的應(yīng)用

右旋糖酐的分子質(zhì)量對(duì)其性質(zhì)和應(yīng)用的影響很大，許多學(xué)者對(duì)于生物合成高分子右旋糖酐及酶解法制備不同分子量右旋糖酐的工藝進(jìn)行了研究，尤其是膜工藝、基因克隆技術(shù)以及固定化技術(shù)的發(fā)展，為右旋糖酐的生產(chǎn)提供了新的理論和技術(shù)支持。Kim等[53]研究了右旋糖酐蔗糖酶濃度、pH、溫度對(duì)產(chǎn)物右旋糖酐分子量及結(jié)構(gòu)的影響；Falconer等[54]進(jìn)一步揭示了一定條件下右旋糖酐分子量與體系中的酶含量、蔗糖濃度及發(fā)酵溫度的關(guān)系；Kubik等[55]聯(lián)合使用右旋糖酐酶和右旋糖酐蔗糖酶，通過(guò)控制二者比例可獲得不同分子量的右旋糖酐或低聚糖等產(chǎn)物。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)學(xué)者也對(duì)于制備右旋糖酐及其分子量調(diào)控等研究進(jìn)行了探索。姚日生等[56]利用固定化技術(shù)，探討了酶法制備右旋糖酐并有效控制其相對(duì)分子質(zhì)量的工藝。許朝芳等[57]研究了酶解法制備特微分子右旋糖酐的工藝；常國(guó)煒等[58]對(duì)右旋糖酐酸水解和酶水解產(chǎn)物的成分和分子量分布進(jìn)行了比較研究，對(duì)酶解法取代酸解法調(diào)控右旋糖酐分子量具有指導(dǎo)意義。本實(shí)驗(yàn)室利用右旋糖酐蔗糖酶和右旋糖酐酶先后成功制備出不同分子量的右旋糖酐 (MW70 kDa、40 kDa、20 kDa、10 kDa、7 kDa、5 kDa) 以及聚合度為2–15的低聚糖，為酶法生產(chǎn)右旋糖酐及低聚糖的工業(yè)化奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[22,36-37,59]，并對(duì)低聚右旋糖酐的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了初步探索。

在醫(yī)藥工業(yè)領(lǐng)域，右旋糖酐酶制備的藥用右旋糖酐 (70 kDa & 40 kDa & 20 kDa) 具有補(bǔ)充血容量和改善微循環(huán)的作用，小分子右旋糖酐 (10 kDa) 具有滲透性利尿作用。右旋糖酐酶用于制備葡聚糖凝膠藥物緩釋體系[60]，可以增強(qiáng)藥物化學(xué)穩(wěn)定性和生物利用度，具有延長(zhǎng)藥效、減少毒性、增強(qiáng)靶向性及降低免疫原性等作用，已知可載運(yùn)的有抗腫瘤藥、抗生素、抗炎藥和蛋白質(zhì)類(lèi)藥物等[61]。分子量6–8 kDa的右旋糖酐常被用于制成右旋糖酐鐵，用于治療嚴(yán)重的貧血癥。微分子量 (3–5 kDa) 的硫酸葡聚糖則具有抗凝血特性和抗病毒特性，具有發(fā)展成為抗HIV藥物的潛力。右旋糖酐1 (Dextran 1, MW1 kDa) 已于1984年在英國(guó)上市，主要用于抗血栓，同時(shí)可以大大降低中分子右旋糖酐誘發(fā)人體變態(tài)反應(yīng) (Dextrain-induced anaphyactic reations, DIAR) 的發(fā)生。此外，研究發(fā)現(xiàn)細(xì)菌來(lái)源的右旋糖酐酶對(duì)于齲齒的防治[62]、開(kāi)發(fā)齲齒疫苗具有重要意義，近年來(lái)已引起很多學(xué)者的關(guān)注。

在食品工業(yè)中，右旋糖酐酶深度催化水解高分子右旋糖酐制備的功能性低聚異麥芽 糖[2,63]具有益生元特性。右旋糖酐酶制備的右旋糖酐可用作生物保鮮劑，對(duì)于我國(guó)綠色農(nóng)業(yè)的發(fā)展有著深遠(yuǎn)的意義。經(jīng)右旋糖酐酶不同程度水解的葡聚糖用作食品添加劑[64]，可以提高食品的柔軟度，增大食品的體積。在制糖工業(yè)[65]中，右旋糖酐酶能減少甚至避免葡聚糖帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)問(wèn)題，改善糖產(chǎn)品的濾過(guò)性、設(shè)備平滑性、增加糖的回收率，降低黏度。

在化工領(lǐng)域，右旋糖酐酶可用于制備分離大分子物質(zhì)的交聯(lián)葡聚糖凝膠等色譜填料[66]、乳化劑和增稠劑、高粘度膠、成像試劑、土壤改良劑[67]以及油井鉆泥添加劑[68]等，同時(shí)對(duì)闡明右旋糖酐以及其他多糖的結(jié)構(gòu)亦具有重要作用[69]。

總之，右旋糖酐酶在醫(yī)藥、食品、化工工業(yè)的運(yùn)用十分廣泛，隨著各種新技術(shù)、新產(chǎn)品的出現(xiàn)，右旋糖酐酶的應(yīng)用定會(huì)帶來(lái)大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

4 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)文獻(xiàn)記載，近年來(lái)國(guó)內(nèi)外對(duì)右旋糖酐酶的研究逐漸增多，且引起了各行業(yè)更為廣泛的關(guān)注，其研究方向涉及酶學(xué)、藥理學(xué)、化學(xué)、遺傳學(xué)、微生物學(xué)、免疫學(xué)等多個(gè)學(xué)科，研究重點(diǎn)主要圍繞該酶的產(chǎn)生菌、分離純化及其酶學(xué)性質(zhì)、基因的克隆表達(dá)、固定化技術(shù)等。目前已有各種來(lái)源的60余種右旋糖酐酶被分離并得到純化。在右旋糖酐酶的眾多產(chǎn)生菌中，真菌尤其是青霉菌產(chǎn)生的右旋糖酐酶的酶活、溫度穩(wěn)定性、pH穩(wěn)定性都較好，具有很高的工業(yè)應(yīng)用價(jià)值。但就工業(yè)生產(chǎn)而言，來(lái)源于真菌的右旋糖酐酶制備周期長(zhǎng)、能耗大，并且單純的游離酶反應(yīng)使得產(chǎn)品的純化困難，同時(shí)存在安全問(wèn)題[33]。因此右旋糖酐酶的固定化技術(shù)以及基因克隆技術(shù)[70-71]顯得尤為重要，日益成為該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，大大增加了該酶工業(yè)化運(yùn)用的可能性。

然而，目前國(guó)內(nèi)關(guān)于右旋糖酐酶的研究多集中在產(chǎn)生菌的篩選及分離純化階段，對(duì)酶的構(gòu)效關(guān)系、固定化以及基因克隆研究還有很長(zhǎng)一段距離。酶的構(gòu)效關(guān)系研究需要解析出右旋糖酐酶以及該酶與底物復(fù)合物的結(jié)構(gòu)，結(jié)合酶分子的序列、結(jié)構(gòu)與催化機(jī)制對(duì)其結(jié)構(gòu)域進(jìn)行定義，確定相關(guān)基因功能結(jié)構(gòu)域的組合方式[13]，進(jìn)一步認(rèn)識(shí)右旋糖酐酶的作用機(jī)制可以大大提高功能預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確度和理性設(shè)計(jì)的成功率，對(duì)其分子改造的進(jìn)一步應(yīng)用提供了有力的技術(shù)支持。利用該酶分析多糖結(jié)構(gòu)，有利于研究以及開(kāi)發(fā)生物多糖的特性，使其在多個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用得到更為廣闊的發(fā)展。酶的固定化技術(shù)需要改善與克服的問(wèn)題也有很多，如固定化酶的滲漏、重復(fù)使用批次及催化效率等，基因克隆研究也需要進(jìn)一步深入以闡明右旋糖酐酶各家族之間的復(fù)雜關(guān)聯(lián)，從而方便人們更好地開(kāi)發(fā)右旋糖酐酶的商業(yè)價(jià)值。

近年來(lái)右旋糖酐酶在生物合成多糖及低聚糖、食品加工、防治齲齒、藥物控釋體系等多個(gè)方面的應(yīng)用引起了更多學(xué)者的深入研究，為實(shí)現(xiàn)其工業(yè)應(yīng)用價(jià)值奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。相信在不久的將來(lái)，固定化技術(shù)和基因工程技術(shù)的繼續(xù)發(fā)展將會(huì)生產(chǎn)出性能良好的新酶，以滿足醫(yī)藥、化工、食品工業(yè)的不同需求。

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(本文責(zé)編 陳宏宇)

Research progress in dextranase

Yuqi Zhang, Hongbin Zhang, Weiwei Gan, and Xueqin Hu

,,230009,,

Dextranase can degrade dextran polymer into low molecular weight polysaccharide. Dextranase and its hydrolysates are widely used in food, medicine and chemical industries. Studies on dextranase progresses rapidly in recent years. We reviewed literature reports combined with our study about the progress of dextranase and its potential applications in industry. In addition, we addressed hot topics and emphasized on the current research about dextranase, existing problems in domestic studies and the future research needs.

dextranase, producing strain, genetic research, industrial application

October 2, 2014; Accepted:December 1, 2014

Hongbin Zhang. Tel: +86-551-2901968; E-mail: zhb5678@163.com

Supported by:Special Fund for Independent Innovation Program of Anhui Province, China (Qiushi Program of Hefei University of Technology, No. 2013AKKG0391).

安徽省自主創(chuàng)新專(zhuān)項(xiàng) (合肥工業(yè)大學(xué)2013秋實(shí)計(jì)劃，No. 2013AKKG0391) 資助。

網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間：2015-01-15

http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1998.Q.20150115.0936.004.html