- 绪论
1.1 beta;-木糖苷酶的来源和分类
beta;-木糖苷酶是木聚糖降解过程中作用于低聚木糖还原端,将其降解生成木糖的一类在自然界中存在范围较广的酶,其被大量发现于真菌、细菌等微生物中,而beta;-木糖苷酶又多分布于真菌中的丝状一类,在譬如酵母菌[1]等真菌中较少存在与分布。也能够从动植物体内分离得到beta;-木糖苷酶,一般而言高等植物与动物体内便能分离得到。
虽然自身含有和能够产生beta;-木糖苷酶的生物与微生物在自然界中以较多数量存在,但经过对自然产生下的beta;-木糖苷酶进行分离纯化并且测量酶活与酶学性质后发现其数值并未达到期望线值,正常情况下,绝大多数真菌与细菌例如 Aspergillus carbonarius[2]和Bacillus thermantarcticus [2]等并不具备分泌出一种以上的beta;-木糖苷酶的能力,但随着近十几年来研究逐渐取得进展,对beta;-木糖苷酶的认知不断加深,人们具备的基因工程的技术手段逐步成熟,能够分泌两种甚至两种以上beta;-木糖苷酶的微生物的种类也在不断被发掘。研究人员在一些嗜热菌[3],霉菌,真菌中发现存在特殊菌种能够分离得到多种beta;-木糖苷酶,例如嗜热菌Streptomyces thermoviolaceus OPC-520[4]中能够分离得到两种,霉菌Penicilluium wortmanni IFO 7237[5]能够分离得到四种[6]等等。
一般情况下,beta;-木糖苷酶只具备能够降解木二糖等低聚木糖的活性[7],但随着研究取得进展,几类beta;-木糖苷酶也被发现其具备不止一种酶活性,而是具有多种功能酶的性质。运用基因工程的手段,研究人员通过克隆表达发现了具备不止beta;-木糖苷酶这一种活性的多功能酶,他们从嗜热菌与黑曲霉菌中分离得到多功能糖苷水解酶,一般而言该类多种酶的功能活性一般都包括有beta;-葡萄糖苷酶活性等其他酶活性质。
由于beta;-木糖苷酶对不同底物的活性具有不一样的反应特性,所以无法只通过beta;-木糖苷酶对底物的特异性来进行精准的分类统计。所以现今一般以被运用的底物种类、其氨基酸序列的相性、酶本身的三维结构与它对底物的作用机制彼此之间的差异,基于CAZy数据库[8]来进行详细分析,从而将beta;-木糖苷酶分类为不同的糖苷水解酶家族。
在不同种的微生物和不同条件的培养下,分泌产生beta;-木糖苷酶的部位存在多样性。一般而言,低聚木糖的降解需要在细胞内进行,所以beta;-木糖苷酶可以根据其在细胞中分布存在的方位不同从而分为:胞内型[9]、胞外型[10]和膜结合型[11]。而某一类丝状真菌的beta;-木糖苷酶是在胞内先进行结合,再由分泌或细胞裂解的方法将其释放于胞外。在较大数量的细菌及真菌[12]中,beta;-木糖苷酶一般分布在胞内位置,在这类微生物的生长过程中,从中分离纯化得到的beta;-木糖苷酶一般为单体或二聚体。而在生长培养的过程中,即便是同一菌种,由于在实验过程中微妙的培养条件变化都会使其分泌部位随之发生变化,也会导致beta;-木糖苷酶的种类不同。
1.2 beta;-木糖苷酶的酶学性质
1.2.1 beta;-木糖苷酶的最适pH及最适温度
现如今,经过不断的研究与报导,我们能够已知极大数量的beta;-木糖苷酶的最适pH一般处于3.0~6.0[13,14,15]之间,即其等电点在正常情况下基本处于弱酸性,例如细菌中的Bacillus thermantarcticus[16],分离它所得到的beta;-木糖苷酶最适pH为6.0,为弱酸性;霉菌中的Neurospora crassa[17] 从中分离得到的beta;-木糖苷酶,它的最适pH值为5.0,为弱酸性;从酵母菌Aureobasidium[18]中分离纯化所得到的beta;-木糖苷,经过测定其最适pH值为3.0,处于酸性。在大量研究基础上能够总结得,一般情况下,分离自原核生物细菌的beta;-木糖苷酶,其最适pH值要比分离自真菌的beta;-木糖苷酶的最适pH要高。
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