[发明专利]α-淀粉酶,其编码基因及其表达

说明书

技术领域

本发明属于生物工程领域，更具体地，本发明涉及α-淀粉酶，其编码基因，含有该基因的重组质粒和菌株，以及表达方法。

背景技术

淀粉(Starch)是一种碳水化合物，几乎完全是以α-D-葡萄糖为单位聚合而成的，链平均长度为500-1000个葡萄糖残基。淀粉中能溶于热水的一部分叫直链淀粉(Amylase)，不能溶解的叫支链淀粉(Amylopectin)，曾称为α-直链淀粉或红直链淀粉(Erythroamylose)，这两种成分是淀粉颗粒的主要成分，含量可以达到75％-80％。

直链淀粉分子量在10-2000kD之间，以α-1，4糖苷键型缩合而成，卷曲成螺旋形，遇碘呈紫蓝色，每个糖链含有几千个葡萄糖残基，直链淀粉在620-680nm呈最大的光吸收。支链淀粉分子量在50-400000kD之间，主要以α-1，4糖苷键型缩合而成，少量由α-1，6糖苷键型缩合而成，平均每24个有约1个末端葡萄糖残基的α-1，6支链出现，支链淀粉分子分支很多，在热水中膨润成淀粉糊，遇碘呈紫红色，在530-550nm呈最大光吸收。

淀粉几乎存在于所有的绿色植物多数组织中，是植物营养物质的一种储存形式，在显微镜下以颗粒形状存在于植物有机体中。就目前的情况来看能够作为淀粉原料的作物主要是玉米，其次是薯类、稻谷和小麦，2004年我国粮食总产量达到46947.2万吨，而这四种粮食作物年产量占我国粮食作物总产量90％以上，所以在我国淀粉资源是相当丰富的。

淀粉酶是水解淀粉和糖原酶类的通称，广泛存在于动植物和微生物中。由于淀粉酶在工农业上的重要价值，因此很早就有人对淀粉酶进行研究。1833年Payen和Persoz已首次从麦芽的水抽提物中用酒精沉淀分离到淀粉酶。1894年日本人高峰让吉用麸皮培养米曲霉(Aspergillus oryzae)用水提取，再以酒精沉淀，得到作为消化剂的酶，即高峰淀粉酶。1919年法国Boidin和Effront首次用枯草杆菌生产淀粉酶，为微生物酶的工业生产奠定基础。1949年，日本人成功的进行的α-淀粉酶的深层发酵，从而促进了酶的大规模生产的发展。淀粉酶按照水解淀粉方式的不同大致可分为四大类：(1)α-淀粉酶(EC 3.2.1.1)，它以糖原或淀粉为底物，从分子内部切开α-1，4糖苷键而使底物水解成糊精和少量的葡萄糖和麦芽糖。(2)β-淀粉酶(EC 3.2.1.2)：从底物的非还原末端依次间隔的切开α-1，4糖苷键，因此作用于直链淀粉时所得的产物为麦芽糖，而作用于支链时只能得到50％-65％麦芽糖，残留下40％左右的极限糊精。(3)葡萄糖淀粉酶(EC 3.2.1.3)：习惯上简称糖化酶，从底物非还原性末端依次水解α-1，4糖苷键和分支点α-1，6糖苷键，生成葡萄糖。(4)异淀粉酶(EC 3.2.1.9)：只水解糖原或支链淀粉分支点α-1，6糖苷键，切下整个侧枝。

从催化专一性上看，把α-淀粉酶归为糖苷水解酶类(glycosyl hydrases)的第13家族，属于α-葡萄糖苷水解酶(α-Glycosyl hydrases，EC 3.2.1)，α-淀粉酶(α-amylase)又称为液化淀粉酶，其系统名称为α-1，4-葡聚糖-4-葡聚糖水解酶(α-1，4-glucan-glucanhydrolase EC 3.2.1.1)，常用名α-淀粉酶，又名α-1，4糊精酶，是一种内切酶，能水解淀粉分子中的α-1，4糖苷键，将其任意切成长短不一的短链糊精和少量的低相对分子质量糖类，直链淀粉和支链淀粉均以无规则的形式进行分解，从而使淀粉糊的粘度迅速下降，即“液化”起作用，故α-淀粉酶又称为液化酶。

α-淀粉酶水解淀粉机制在上个世纪50年代后逐渐得到阐述：α-淀粉酶对于直链淀粉的作用第一步是将直链淀粉任意地迅速地降解成小分子糊精、麦芽糖和麦芽三糖，第二步缓慢地将低聚糖水解为葡萄糖和麦芽糖。水解终产物有α-极限糊精、部分低聚糖、麦芽糖和葡萄糖。在α-1，4糖苷键水解地过程中，葡萄糖单位间的C1-O-C4键地C1-O键间断裂。

α-淀粉酶液化淀粉导致淀粉部分解聚，失去粘性和遇碘呈色的性质，水解物的还原力增加，当到达消色点附近时随还原力增加而反应速度降低，逐渐达到水解极限。但是不同来源的α-淀粉酶，不同来源的淀粉、对淀粉的预处理方式、处理温度以及溶液pH等因素都会影响这一水解过程，导致α-淀粉酶作用于淀粉的水解极限不同，生成低寡糖组成存在差异和结构不同的极限糊精。