[发明专利]一种编码蔗糖酶的基因及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种编码蔗糖酶的基因，特别是涉及克隆自环境宏基因组的一种新的编码蔗糖酶的基因，该基因编码的蛋白质可用于蔗糖的降解。

背景技术

蔗糖是植物中光合作用产生的可再生的碳水化合物，每年全球产量超过了5亿吨(马尔克斯·萨瓦亚·亚克，蔗糖乙醇的中巴合作，商务周刊，2009，1：72)。蔗糖的酶水解是一个重要的生物化学反应过程：蔗糖通过蔗糖水解酶-β-呋喃果糖苷酶或称蔗糖酶(β-fructofuranosidase，Invertase，EC 3.2.1.26)的水解作用分解产生单糖(葡萄糖和果糖)，单糖再进一步被用于生产如燃料乙醇等重要的工业产品，因而高效的蔗糖水解酶是蔗糖生物能源利用的关键因素(Marris E，Sugar cane and ethanol：drink the best and drive the rest，Nature，2006，444(7120)：670-672)。

蔗糖通过蔗糖酶的催化水解得到葡萄糖和果糖。葡萄糖和果糖在微生物细胞中进入糖酵解发酵途径分解产生代谢物质。通过这样的代谢路径，酵母利用葡萄糖和果糖来产生乙醇。利用酵母发酵蔗糖生产乙醇是所有的生物质生产乙醇中能量投入产出比最高的，这个投入产出比达到了8(Marris E，Sugar caneand ethanol：drink the best and drive the rest，Nature，2006，444(7120)：670-672)。(能量投入产出比在这里是指：计算蕴藏在生产得到的一吨酒精里的能量，这个是产出；投入是，为了发酵乙醇耗费的原料所蕴藏的能量，以及这个原料的种植、运输等环节耗费的能量)。生物燃料乙醇作为解决目前的石油危机和温室效应的可替代能源受到了重视，利用蔗糖作为生物燃料乙醇的发酵原料成为一个有效的途径。蔗糖酶是微生物蔗糖代谢途径中的第一个酶，是蔗糖代谢水解的关键酶之一，也是决定蔗糖发酵时间的最主要的因素之一。寻找新的蔗糖酶基因用于构建新的更适合工业化生产各种化工产品的基因工程菌，提高微生物水解蔗糖的转化效率和水解速度，从而缩短发酵生产时间，对于降低直接发酵甘蔗汁生产各种化工产品的生产成本具有十分重要的意义。

蔗糖酶属于一个较小的糖基水解酶家族。蔗糖酶是一类糖基水解酶(glycosyl hydrolases)，糖基水解酶根据催化功能域的氨基酸序列相似性，被划分成不同的家族(families)(Davies G.，Henrissat B.Structures andmechanisms of glycosyl hydrolases.Structure 1995，3：853-859；HenrissatB.，Bairoch A.Updating the sequence-based classification of glycosylhydrolases.Biochem.J.，1996，316：695-696)。根据碳水化合物活性酶数据库(http://www.cazy.org/fam/acc_GH.html)上所列糖基水解酶类的最新清单，目前糖基水解酶类有112个家族，而蔗糖水解酶属于糖基水解酶类家族32的一个成员。