糖化酶的研究进展及趋势

刘斌

摘要：本文论述了糖化酶菌的多型性、分子结构、糖化酶基因工程以及酶的性质和对糖化酶研究的未来趋势。

关键词：糖化酶；多型性；分子结构；结构基因

糖化酶是一种习惯上的名称，学名为α-1，4-葡萄糖水解酶（α-1，4-Glucan glucohydrolace）。常用名为葡萄糖淀粉酶和淀粉葡萄糖苷酶，缩写为GA，是一系列微生物分泌的，具有外切酶活性的胞外酶，从淀粉的非还原性未端依次水解α-1，4糖苷键，切下一个葡萄糖单元，并像β-淀粉酶一样。使水解下来的葡萄糖发生构型变化，形成β-D-葡萄糖。对于支链淀粉，当水解到分支点时，一般先将α-D-1，6糖苷键断开，然后继续水解，所以能将支链淀粉全部水解成葡萄糖，糖化酶也能微弱水解α-D-1，3糖苷键，但水解α-D-1.4糖苷键的速度最快。

一、糖化酶多型性的研究

20世纪80年代，对于糖化酶的研究发展极快。主要集中于糖化酶的菌株的分离及其纯化工作，长期研究证明，糖化酶在微生物中的分布很广，在工业中应用的糖化酶主要从黑曲酶，米曲霉，根酶等丝状真菌和酵母中获得。同时也存在于人的唾液，动物的胰腺及细菌中，已报道的产糖化酶的真菌微生物有23个属35个种，细菌有3属3种。

真菌产糖化酶组分是常见的，中科院微生物研究所对红曲酶Ass.3491的糖化酶进行研究，发现其糖化酶具有多型性，将其中的2个主要的分子型酶E3和E4进行比较，其氨基酸组成相似，差别最大的是丝氨酸，两型酶都是糖蛋白，含糖量稍有差别，E3为70%，E4为90% 。其组成单糖以甘露糖为主，其次是半乳糖。还有痕量的木糖和葡萄糖。One等利用固相Acar-bose柱从市售糖化酶CA.nigre中分离出六种活性组分，每种活性组分均可从可溶性淀粉中释放出单一的β-D-葡萄糖终产物，这六种组分的相对分子质量.沉降系数.化学组分.等电点.酶的动力学及其他的性质上的差异。但从Moncicus.sp.No.3403中分离出两种组分电泳和超离心结果还明确有同质性，相对分子质量，碳氮含量，最适PH。最低温度及Km值非常接近。Takahashi认为Rhizopas sp的多型性糖化酶之间的差别是翻译后修饰的结果，即分子量较小的糖化酶分子。分子量较大的糖化酶被蛋白酶作用后也有影响。有研究者认为：天然的糖化酶在微生物的培养或酶的制备中可能受葡萄糖苷酶和蛋白酶作用，而产生不同类型的糖化酶。

二、糖化酶分子结构的研究

糖化酶是一种含有甘露糖，葡萄糖，半乳糖和糖醛酸的糖蛋白，分子量在60000-1000000间，通常碳水化合物4%，但糖化酵母产生的糖化酶碳水化合物高达80%，这些碳水化合物主要是半乳糖，葡萄糖葡萄糖胺和甘露糖，Hyun.HH等报道A.saitoi糖化酶GAM1中糖蛋白含有18%，中性糖和0.77%的葡萄糖胺，其分子量达90000，N端氨基酸都是同一氨基酸-丙氨酸。方善康等对黑曲霉S4分离纯化得到糖化酶三个组分，均为酸性糖蛋白，其含糖量分别为11.68%，8.6%，3.6% 糖化酶中糖与蛋白质的连接方式有N-和O-两种。

三、糖化酶基因結构的研究

Boel等首先从黑曲霉的染色体文库中分离出糖化酶基因，他含有五个内含子，而泡盛曲霉中含有四个内含子，两种微生物都分泌糖化酶GA1，GA2，两种酶都由单一的基因编码，有相类似的氨基酸未断氨基酸序列，在一级结构和碳端序列长度上稍有不同。Toshihiko等构建了水解生淀粉的黑根酶基因。包含四个内含子序列。该酶由604个氨基酸组成，并包含一个假定的信号肽。L.L.lin等将泡盛曲霉糖化酶基因通过整合转入酵母的染色体中，获得了该糖化酶基因，在酿酒酵母的表达。Dohmen等将sc.acidentalis的糖化酶基因通过启动子置换转入酿酒酵母的染色体中，获得了该糖化酶的高效分泌。唐国强等把黑曲霉糖化酶高产菌株T21合成的糖化酶CDNA经5端和3端改造，克隆到酵母质粒YD18上，转化酿酒酵母。实验证明，酵母的可因子启动子和分泌信号序列能促使黑曲霉糖化酶CDNA在酵母中表达和分泌。

四、糖化酶的应用研究和展望

糖化酶是工业应用最广泛的酶类之一，除了利用糖化酶水解淀粉为葡萄糖而用于制糖业外，现在人们越来越多地开发糖化酶的新型用途。在酿酒工业中也有广泛的应用，传统白酒生产用曲中微生物是依靠自然界带入的，未经筛选，糖化力低、耐酸、耐热性都很差。糖化酶作用的PH范围为3.0～5.5，最适作用范围4.0～4.5，这使的白酒酿造过程中酸度不断增加，适宜发酵，使粮酿入酵后发酵升温快，幅度大，提高原料出酒率，缩短发酵周期。降低生产成本。在食用醋生产中，应用TH.AATY和糖化酶，可以解决企业自制酒母质量不稳定和生产难等困难，所以糖化酶将被应用于更广阔的空间。

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