褐藻酸裂解酶的结构、性质及应用

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1、褐藻酸裂解酶的结构、性质及应用HeeSookKim，Choul-GyunLeeandEunYeolLee摘要褐藻胶是一种线性多糖，由β-D-甘露糖醛酸（M）与其差向异构体α-L-古洛糖醛酸（G）通过1，4糖苷键连接形成不同的结构。褐藻酸裂解酶因其高粘度及凝胶作用可作为一种食品添加剂来改善食品的质地。该酶可以通过β-消除机制裂解糖苷键来降解褐藻胶，产生一个具有非还原末端的结构。褐藻寡糖已被发现具有促进人内皮细胞生长以及巨噬细胞细胞因子释放的作用。褐藻胶可以通过褐藻酸裂解酶的内切及外切作用，降解为含有

2、不饱和键的单糖。因此，在不久的将来，褐藻酸裂解酶有潜力作为生物催化剂，以褐藻胶作为可再生资源生产生化试剂及生物燃料。本文介绍了不同的褐藻酸裂解酶的结构、功能并对褐藻酸裂解酶的应用前景进行了讨论。关键词褐藻胶；褐藻酸裂解酶；褐藻寡糖；不饱和单糖1介绍褐藻胶是一种线性多糖，其中其中β-D-甘露糖醛酸（M）与其差向异构体α-L-古洛糖醛酸(G)通过1.4糖苷键按照不同顺序连接而成，其中α-L-古洛糖醛酸是β-D-甘露糖醛酸的C5异构体。这两种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与古洛糖

3、醛酸的随机聚合物。褐藻胶在自然界存量丰富，其作为藻类植物的组成成分，占到了藻类植物干重的44%。一些细菌也可以合成褐藻胶。目前，褐藻胶主要用作食品添加剂来改变食物的质感，也被用作固定细胞及组织的介质。商品级的褐藻胶可通过从海洋大型藻类中提取的方式生产。褐藻酸裂解酶通过β-切割糖苷键来降解褐藻胶，生产多种以不饱和糖醛酸作为非还原末端的寡糖以及不饱和糖醛酸单体。多种褐藻酸裂解酶已从海藻、海洋无脊椎动物、海洋及部分土壤微生物中分离得到。褐藻酸裂解酶可以依据底物特异性分为PM特异性、PG特异性、PMG特异

4、性。对于相应的底物特异性，褐藻酸裂解酶具有内切酶与外切酶两种活性。褐藻寡糖已经显现出许多引人注目的生物活性，它可以促进人内皮细胞的生长以及巨噬细胞细胞因子的释放。因此，褐藻酸裂解酶作为制备功能性褐藻寡糖的生物催化剂引起了人们的注意。褐藻酸裂解酶自身也可作为药物增强抗生素对铜绿假单胞菌的杀菌功效来治疗囊胞性纤维症。不饱和的褐藻寡糖及不饱和糖醛酸单体可由褐藻酸裂解酶催化裂解得到。本文讨论了褐藻酸裂解酶及其应用，特别是分析与对比了不同褐藻酸裂解酶的结构和功能，也讨论了褐藻胶及褐藻酸裂解酶在未来的应用前景

5、。图1褐藻胶的化学结构。褐藻胶是一种由β-D-甘露糖醛酸与其C5异构体α-L-古洛糖醛酸通过β-1.4糖苷键按照不同顺序连接形成的直链多糖。2褐藻胶褐藻胶是一种带有阴离子的多糖，由PM、PG、PMG组成，pKa1.5~3.5。褐藻胶的生物功能主要是作为藻类的结构支撑物，其机械强度及弹性受到古洛糖醛酸单体含量的影响。随着古洛糖醛酸单体含量的增加，胶体强度逐渐增大。较低的古洛糖醛酸单体含量会使褐藻胶更有弹性。商品级的褐藻胶可从海藻中提取出来，广泛用于食品工业和生物技术。褐藻胶可作为凝胶剂生产凝胶状食品

6、，增加冰淇淋的粘度，也可作为化妆品的增稠剂。褐藻胶也可用作减肥食品的配料，因为它不能被胃肠道消化，不能作为能量来源。褐藻胶可以结合二价阴离子，如钙离子和镁离子，产生凝胶作用。由于褐藻胶凝胶能力不受温度影响并具有生物相容性，因而在许多生物技术的应用中，它被用于固定细胞。一般来说，高含量的古洛糖醛酸可以形成强胶体粘度。溶剂的pH对凝胶的形成影响显著，因为不同的pH可改变糖醛酸上离子的排布。褐藻胶在医学中应用广泛。它可作为治疗消化不良药物的制剂辅料，可用于烧伤和创伤的敷料，因为它可以消除或较小疼痛。褐藻

7、胶也可用作牙科的矫形材料。褐藻胶还有许多其他方面的应用，例如作为螯合剂消除人体内的重金属及放射性毒素。由于不与染料发生反应，它还可以作为增稠剂用于活性染料的染色过程。3褐藻酸裂解酶3.1褐藻酸裂解酶在褐藻胶的生物合成与生物降解中的功能多种褐藻酸裂解酶已从海洋交足类生物、褐藻、小球藻病毒、海洋及土壤微生物中发现并被克隆和表征。褐藻酸裂解酶在不合成褐藻胶与合成褐藻胶的生物中都被发现，在不合成褐藻胶的生物中，褐藻酸裂解酶在同化褐藻胶作为碳源的过程中起着重要作用。海洋及土壤微生物具有多于一种的褐藻酸裂解酶

8、来降解结构复杂的褐藻胶。一些海洋动物在其消化道内也存在褐藻酸裂解酶来降解褐藻胶并将其作为碳源。在能够合成褐藻胶的微生物中，褐藻酸裂解酶在褐藻胶的生物合成与生物降解中都起着重要作用。对于产酶微生物的遗传研究已经揭示了褐藻酸裂解酶的基因位于其他褐藻胶合成酶基因的片段上，在褐藻胶的生物合成中，褐藻酸裂解酶似乎对于控制聚合物长度与优化聚合反应起到一定作用。在合成褐藻胶的铜绿假单胞菌的粘膜上，褐藻酸裂解酶可以通过降解生物膜上的褐藻胶来促进细菌的扩散。固氮菌产生的褐藻酸裂解酶可能与其孢子萌发有