通過理性改造提高11家族木聚糖酶熱穩定性研究進展

吳占東， 韓文杰， 周 同， 張培玉*

(1.青島大學 環境科學與工程學院，山東 青島 266071；2.濱州職業學院 繼續教育學院,山東 濱州 256603)

植物細胞中主要含有纖維素、半纖維素、木質素三種高分子化合物，其中半纖維素是除纖維素之外含量最高的多糖，半纖維素的主要骨架是由木聚糖構成的，利用木聚糖酶將木聚糖水解為可發酵的單糖或寡糖在造紙與飼料工業中有著很高的應用前景，也解決了當前浪費嚴重的農業廢棄物問題[1-3]。木聚糖的構成較為復雜，通常側鏈都含有不同程度的取代基，如阿拉伯糖、O-乙酰基、阿魏酸和 4-O-甲基葡萄糖醛酸等[4]，因此要完全降解需要一系列酶系協同作用。能夠降解半纖維素的酶制劑，主要包括β-1,4-木聚糖酶、β-木糖苷酶、阿拉伯呋喃糖苷酶、乙酰木聚糖酯酶和阿魏酸酯酶等[5]。一般來說，β-1,4-木聚糖酶能夠從內部斷裂木聚糖主鏈的糖苷鍵，釋放出低聚木糖，是半纖維素降解過程中最重要的酶之一。根據NCBI預測的不同結構域可將木聚糖酶歸分為不同的糖苷水解酶家族，其中大部分木聚糖酶屬于GH10和GH11家族，而11家族木聚糖酶由于體積較小，比酶活較高(一般大于1 000 U/mg)，有著廣泛的pH穩定性和溫度穩定性而逐漸獲得了更多 關注，到目前為止，根據CAZy數據庫結果顯示(www.cazy.org)，已經有1 182種來自不同微生物產生的11家族木聚糖酶得到確認，但只有200多種得到表征，得到晶體結構的只有29種，GH11家族木聚糖酶晶體結構通常是由兩個反向平行并高度螺旋的β折疊和α螺旋相互作用組成一個類似右手的結構(圖1)，在底物結合裂縫區域(活性中心)有一對羧酸。……