酵母法生产海藻糖的国内外研究现状进展
时间:2017-04-22 15:27 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
| 国际权威的《自然》杂志曾在2000年7月发表了对海藻糖进行评价的专文，文中指出：“对许多生命体而言，海藻糖的有与无，意着生命或者死亡”。 1832年，Wigger从黑麦中首次分离得到海藻糖，之后研究发现海藻糖广泛存在于动植物体和微生物体内，如磨菇、海带、面包酵母等。1950年Laura首次从各种酵母中制备海藻糖。7470 海藻糖是酵母营养细胞和孢子中的一种重要存储碳水化合物，并被认为对调节和保护细胞在极端条件下的活力有重要作用。一些不良因素，如营养饥饿、高温、干燥、高渗透压和冷冻都会造成酵母菌体内海藻糖的积累[3]，进而增加其抗性。用酵母菌生产海藻糖主要是利用优化的培养基和通过对培养条件的控制来实现海藻糖在酵母菌体内的大量积累，随后采用有效分离提取技术来实现海藻糖的提取和精制。利用酵母菌生产海藻糖具有成本低,生产周期短等优点，这能够降低产品成本，为海藻糖在各个领域的广泛应用提供条件。 酵母海藻糖生物合成以6-磷酸葡萄糖和UDP-葡萄糖为底物，在6-磷酸海藻糖合成酶催化下形成6-磷酸海藻糖，而后再经6-磷酸海藻糖磷酸酶作用，脱去磷酸基，生成海藻糖；而海藻糖的分解代谢则是在海藻糖酶作用下进行的，一分子的海藻糖在海藻糖酶的分解下形成两分子的葡萄糖；所以海藻糖的含量是由合成和代谢的平衡调节的；这种平衡随着生长周期、营养和环境条件的变化而发生变化；在酵母菌生长的初期和对数期，海藻糖积累量很低，只有到达稳定期之后，才会出现海藻糖的大量积累；6-磷酸海藻糖合成酶和6-磷酸海藻糖磷酸脂酶是海藻糖合成途径中的两个重要酶，分别由otsA和otsB基因编码；otsBA两个基因组成一个操纵子，B基因离启动子较近，A基因离启动子较远；otsBA基因的转录受高渗透压胁迫和稳定期生长的诱导，并由katF基因编码的6因子的激活而启动；海藻糖合成似乎不受反馈抑制的调节，完整的合成酶是由分子量为56KD、102KD、和124KD的三个多肤组成的复合物[4]；这三个多肤分别由TPSI、TPSZ、TSLI基因所编码，而且分布在酵母的第2、5和8染色体上；其中由TPSI和TSLI基因编码的56KD和123KD两条多肽结合，具有6-磷酸海藻糖合成酶活性；TPSZ编码的102KD的肤链构成6-磷酸海藻糖磷酸酶；Londesborgh等证实TPsl基因的阻断将导致这两个酶都失去活性[5]。 此外，Bell和DeVirgilio等人的工作表明，由Tpsl和TPSZ基因编码的56KD和IOZKD两条肽链可被热休克诱导后合成[6]。在编码合成酶复合物的基因中发现典型的GAANNC热休克因子和最新鉴定的CCCCT序列[7]。这些结果为从理论上解释海藻糖能保护细胞抵御高温胁迫提供了遗传学证据[8]。 海藻糖酶是水解酶，水解海藻糖成两分子葡萄糖，在酵母菌中存在两种海藻糖酶[9](trehalase，Ec3.2.1.28)。其中一种是中性的(存在于胞质)，最适pH为7.0，活性由需要cAMP的蛋白檄酶磷酸化作用来调节。非磷酸化形态是没有活性的，给休眠细胞提供葡萄糖时，可以观察到生长前延迟期的最初几分钟，胞内cAMP的浓度明显增加，紧接着中性海藻糖酶活性可增加6-8倍，出现海藻糖的快速降解，约1小时后，酶活性又降低到激活态以前的低水平。另一种是酸性海藻糖酶(存在于空泡中)，其最适pH为4.5。酵母菌体内海藻糖合成的两个关键酶是6-磷酸海藻糖合成酶和6-磷酸海藻糖磷酸脂酶。在海藻糖合成期间，通过温度休克培养可诱导它们的合成，进而促进酵母菌体内海藻糖的积累；高渗透压可诱导6-磷酸海藻糖合成酶和6-磷酸海藻糖磷酸脂酶的转录，从而实现海藻糖的较多积累。酵母中提取海藻糖要通过诸多因素的调控来保证细胞处于海藻糖最大积累状态，并尽可能不被酶分解。由于海藻糖的积累是在碳源有限时才能出现，所以一般不存在其他单糖和双糖的干扰。在除去蛋白质等大分子物质和细胞碎片以后，用乙醇抽提可以得到海藻糖的二水结晶体。合成途径如图1.2。 (责任编辑：qin) |