琼胶酶研究进展

　　【摘要】琼胶酶（Agarase）是一类可以水解琼胶和琼脂糖的糖苷水解酶。根据作用方式的不同，琼胶酶可以分为琼胶酶和琼胶酶。本文从琼胶酶的分布来源、酶学性质，应用等方面综述了琼胶酶的研究进展。
　　【关键词】琼胶酶；糖苷水解酶；综述
　　琼胶是红藻的主要成分，又称琼脂，是一种一种海洋粘性多糖。琼胶的有两种主要组成成分，分别是是琼脂糖（agarose）和硫琼脂（agaropectin）〔1〕。琼脂糖是琼胶的最主要的组成成分，它是由3，6内醚L半乳糖和D半乳糖通过1，3糖苷键和1，4糖苷件交替连接而成的线性多糖。琼胶酶（Agarase）是一类可以水解琼胶和琼脂糖的糖苷水解酶。
　　一、琼胶酶的分类方式
　　琼胶酶（Agarase）是一类可以水解琼胶和琼脂糖的糖苷水解酶。根据作用方式的不同，琼胶酶可以分为琼胶酶和琼胶酶。琼胶酶（EC3。2。1。158）能够水解琼脂糖的1，3糖苷键，所得的产物是琼寡糖（agarooligosaccharides）。琼胶酶（EC3。2。1。81）水解能够琼脂糖的1，4糖苷键，所得的产物是新琼寡糖（neoagarooligosaccharades）〔2〕。目前，有大量的琼胶酶被发现和报道。而琼胶酶只有几个。
　　琼胶酶的另一种分类方式是根据糖苷水解酶家族分类。它的分类依据主要是糖苷水解酶的氨基酸序列相似性，并且结合了三维结构、底物特异性和催化反应机制的相似性〔3〕。这种分类方式有利于反应糖苷水解酶的进化关系，对新发现的酶的分类有很好的预见作用。
　　根据上述分类方式，琼胶酶被划分在五个糖苷水解酶家族中。其中，琼胶酶分别被划分在GH16、GH50、GH86和GH118家族，而琼胶酶均被划分在GH96家族。目前发现并报道的琼胶酶均归属于GH96家族。
　　二、琼胶酶的来源及性质
　　琼胶酶的来源于微生物，这些微生物主要分布在海水〔46〕、海泥〔7，8〕、海藻〔911〕、海螺〔12〕，海肠〔13〕等海洋软体动物体内，还有少量来源于淡水〔14〕、红树林沉积物〔15〕、动物和人体粪便〔12，16〕等。细菌的种类广泛，包括革兰氏阴性菌，如太平洋火色杆菌〔17〕，嗜冷单胞菌〔8〕等。也包括革兰氏阳性细菌，如淡紫灰链霉菌〔18〕。
　　（一）野生琼胶酶的性质
　　目前，随着1902年第一个琼胶酶〔7〕，来自假单胞菌Pseudomonasgalatica，被Groleau等发现并报道，人们陆陆续续发现了一系列琼胶酶，并进行了系统地深入研究。
　　在发现的野生琼胶酶中，酶活性的差别很大。自1992年，土壤来源细菌Acinetobactersp。AGLSL1琼胶酶酶活达到397Uml〔19〕和1998年海洋来源的Pseudoalteromonassp。琼胶酶酶活达到292UmL〔10〕，没有发现酶活更高的野生琼胶酶。
　　琼胶酶的底物琼脂糖具有胶凝性，在低于38的温度下，琼脂糖溶液会开始凝固，所以，大部分的琼胶酶的最适反应温度高于38。比如，来自Stenotrophomonassp。Nta的嗜碱性琼胶酶〔20〕和来自AgarivoransgilvusWH0801的琼胶酶的最适反应温度为40。部分的琼胶酶最适反应温度特殊。来自来自FlammeovirgaSp。OC4。的琼胶酶Aga4436〔17〕的最适温度范围广泛，3080；来源Bacillussp。BI3的耐热琼胶酶，最适反应温度高达70，在80是仍然保留最大酶活力的50〔21〕；来自GayadomonasjoobiniegeG7的琼胶酶AgaJ9〔22〕的最适反应温度为25，在5的时候，仍能保留最大酶活的80。
　　根据已经报道的琼胶酶相关文献，大部分的琼胶酶最适反应pH在6。57。5之间，pH接近中性。部分琼胶酶的最适反应pH比较特殊，来源GayadomonasjoobiniegeG7的琼胶酶AgaJ9〔22〕的最适反应pH为5；来源Stenotrophomonassp。Nta的嗜碱性琼胶酶最适反应pH为10。0〔20〕；有的琼胶酶的pH耐受范围较广，来自FlammeovirgaSp。OC4。的琼胶酶Aga4436〔17〕最适pH在510，来源于Agarivoranssp。LQ48的琼胶酶AgaA，其最适反应pH在3。011。0之间〔23〕。
　　（二）野生琼胶酶的性质
　　相比较进行大量研究报道的琼胶酶，目前已经报道的琼胶酶仅有3例。1993年，法国人Potin等〔4〕从交替假单胞菌AltermonasagarlyticsGJ1B中分离出第一个琼胶酶AgaA，SDSPAGE电泳显示其分子量为180kDa，NativePAGE电泳显示其分子量约360kDa，表明该酶存在二聚体现象产物为琼四糖。2005年，第二個琼胶酶AgaA33由Ohta等〔8〕自嗜冷单胞菌Thalassomonassp。JAMBA33里分离得到。SDSPAGE电泳显示其分子量为85kDa，但是其理论分子量为180kDa，存在二聚体现象，降解终产物琼四糖。第三个琼胶酶AgaD〔24〕是于2017年报道的，分离自海洋细菌Thalassomonassp。LD5。SDSPAGE电泳显示其分子量为180kDa，NativePAGE电泳显示其分子量约360kDa，也存在二聚体现象，最终产物为琼四糖。
　　（三）琼胶酶编码基因克隆及重组酶性质
　　目前，越来越多的琼胶酶被重组表达。最早有关琼胶酶重组表达报道是在1984年，是被表达在变铅青链霉菌中的〔25〕。1988年，来自Pseudomonasatlantica的琼胶酶被表达在大肠杆菌中。产量最大的重组酶是来海洋细菌JAMBA94的琼胶酶〔26〕。它被表达在枯草芽孢杆菌中，通过发酵优化，产量达到81mgml。
　　三、瓊胶酶的应用
　　（一）琼胶酶在分子生物学中的应用
　　琼胶酶在分子生物学领域，常用来在琼脂糖凝胶回收过程中水解琼脂糖凝胶，回收目的核酸分子。1993年，YSugano等〔27〕用琼胶酶进行了胶回收DNA的研究。至今，琼胶酶在胶回收试验中的应用已经十分成熟。
　　（二）琼胶酶在水产养殖等工业方面的应用
　　琼胶酶可以用于获得海藻单细胞。在水产养殖业，单细胞生物是水生生物育苗期间常用的饵料。红藻细胞壁的主要成分是琼胶，通过琼胶酶制备海藻原生质体〔28〕。这个方法简单高效，有效提高单细胞生物饵料产量。
　　琼胶酶还可以用于生产生物乙醇〔29〕。由于海洋藻类不像木质纤维素那样难降解，应用到生物乙醇的生产过程中，可以有效提高生产效率。
　　（三）琼胶酶在制备琼胶寡糖方面的应用
　　近年来关于琼胶寡糖的研究越来越多，为琼胶寡糖的应用提供了越来越多的方向，带来了新的机遇。目前，琼胶酶制备的琼胶寡糖种类，稳定性，酶活越来越好，为琼胶寡糖的工业化应用打好了基础。
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