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天津工生所等糖苷水解酶GH11家族木聚糖酶研究获进展

来源:天津工业生物技术研究所 日期: 2014年06月24日

 

木聚糖是植物细胞壁中半纤维素组成的主要成分,是地球上丰富的可再生资源,是一种多聚五碳糖,主要由木糖以β-1,4糖苷键聚合形成主链。木聚糖酶广泛应用于饲料业、造纸业和食品业等。这些工业条件对木聚糖酶要求极高,只有活性高且耐热性好的木聚糖酶才具有更广泛的应用价值。

中国科学院天津工业生物技术研究所郭瑞庭研究组和东莞泛亚太生技公司及台湾基酵生技公司合作,成功获得了来源于瘤胃真菌的糖苷水解酶GH11家族木聚糖酶及其底物的结构,并对其耐热机理进行了深入的研究。来源于Neocallimastix patriciarum GH11家族的木聚糖酶 (XynCDBFV) 具有高活性,广泛的pH作用范围,以及耐高温的性质,故在饲料添加以及其他工业应用方面有极大的发展潜力。为了解XynCDBFV的分子作用机理,研究人员解析了XynCDBFV及其底物的复合体晶体结构,其整体结构为典型的GH11 β-jelly-roll折叠结构,催化区域XynCDBFV N端的11个氨基酸为GH11家族木聚糖酶的独特结构。此片段为XynCDBFV所特有,在其他的GH11家族成员并未发现,此片断以氢键、芳香环堆叠作用以及一个双硫键 (C4/C172) 固定在XynCDBFV的活性中心上,实验证明此11个氨基酸片断的存在与XynCDBFV的耐热性直接相关,研究人员更进一步发现双硫键C4/C172是维持此片断结构的关键因素。进一步研究发现毕赤酵母表达的XynCDBFV比大肠杆菌表达的在高温下有更高的活性。由此可知,对于生产高效耐热的XynCDBFV而言,真核表达系统比原核表达系统更具优势。

XynCDBFV热稳定性的研究为工业化生产及工业化应用提供了理论基础。研究成果已经被Journal of Biological Chemistry 接收。该项目获得工业酶国家工程实验室、“863”项目及天津市专项的支持。