[发明专利]一种来源于教酒链霉菌(Streptomyces chartreusis)L1105的木聚糖酶基因及其木聚糖酶

说明书

本发明公开了一种来源于教酒链霉菌(Streptomyces chartreusis L1105)的木聚糖酶Xyn A的基因，包括其核酸和蛋白质/多肽序列。该基因编码的木聚糖酶全长共有1393个碱基对，G，C含量占68％，编码460个氨基酸，分子量约为48.2kDa，等电点pI为9.04。含有一段信号肽序列。该酶具有F/10糖苷水解酶的典型结构，能翻译一段大小为10kDa的纤维素结合域(CBD)。DNS法测得该酶活为19.7±1.2U/mL。作为一种碱性的木聚糖酶，该酶及其作用产物具备在造纸工业，纺织工业，食品加工，生物能源，饲料工业，化妆品，医药，保健品，酿酒，农作物生产，以及各类生物反应器中的应用价值。

技术领域

本发明涉及一种来源于教酒链霉菌(Streptomyces chartreusis L1105)的木聚糖酶基因及其产物木聚糖酶的应用。

背景技术

木聚糖(xylan)是一种异质多糖(heteropolysaeeharides)，是β-D-吡喃型木糖单元(xylopyranose units)通过β-1，4-糖苷键连接形成。植物半纤维素中含量最多的就是木聚糖，干重占植物细胞的15～35％。

木聚糖酶是糖苷水解酶的一种，包括β-1，4-内切木聚糖酶(EC 3.2.1.8)，β-木糖苷酶(EC 3.2.1.37)，α-L-呋喃型阿拉伯糖苷酶(EC 3.2.1.55)，α-葡萄糖醛酸酶(Ee3.2.2.1)，乙酰木聚糖脂酶(EC 3.2.1.6)，酚酸脂酶。目前研究最多的木聚糖酶是β-1，4-内切木聚糖酶，其水解大分子的主链，生成木寡糖和木糖，是木聚糖降解酶中的主力。

目前，木聚糖酶最主要的来源是由微生物生产，且同一种微生物可以产生不止一种木聚糖酶，不同的微生物产生的木聚糖酶之间也存在差异。

糖苷水解酶根据催化区的保守氨基酸和疏水区的不同分为58个族，大部分木聚糖酶属于F/10或G/11族，其中F/10族的木聚糖分子量大多大于30kDa，结构多样，除了催化区域一般还含有多种非催化区域如纤维素结合域(CBD)等，能较快的水解木聚糖生成低聚木糖和木糖。G/11族木聚糖酶结构简单，水解木聚糖的速度慢，产物多为木寡糖。目前大部分传统筛选方式得到的木聚糖酶多属于G/11族。而F/10族的木聚糖不但能催化木聚糖水解，还能水解纤维素，具有纤维素酶活，称之为交叉活性。

F/10族的木聚糖为多区域结构除了含有催化区域以外还含有非催化结构域，如纤维素结合域(CBD)，木聚糖结合域(Xylan-bingding Domain，XBD)等，通常，这些非催化结构域并不能催化水解反应，但是却能影响与不溶性底物的反应，能使木聚糖酶附着到纤维素上，主要是对不溶性底物的亲和力产生变化，对酶活和其他酶学性质如底物特异性没有影响。

纤维素结构域普遍存在于纤维素酶，半纤维素酶，木聚糖酶和其他水解酶中，目前经过确定的CBD结构已经超过100种，根据氨基酸相似性，用疏水性聚类方法将CBD结构分为10个家族。研究表明有些酶不只含有一个而是含有两个甚至更多CBD结构，这些结构域共同作用于底物，使酶的亲和性更好。有研究发现，将热纤梭菌(Clostridium thermocellum)的CBD接到CD的N-端或C-端，对木聚糖的水解能力不变，说明CBD的位置不影响对底物的附着。另外，CBD还与木聚糖酶的热稳定性有关，提高最适反应温度。

木聚糖广泛的存在于自然界中，是植物半纤维素的重要组成部分，作为重要的可再生资源，能否有效的利用木聚糖具有巨大工业价值。木聚糖酶能专一的降解木聚糖，且安全高效，利用木聚糖酶降解木聚糖是目前利用这一资源的有效手段，受到广泛的重视，称为近年科研工作者的研究热点。木聚糖酶在被广泛的应用到食品、饲料、纸浆助漂、医药、纺织、能源等行业中，并发挥重要作用。目前，木聚糖在食品中主要被应用于焙烤工业，酿酒工业，低聚木糖生产等领域。