[发明专利]具有高催化功效的新的耐热植酸酶

说明书

本发明提供了植酸酶，其与商购可获得的植酸酶相比表现出令人惊讶的高热稳定性。此外，一些新的植酸酶变体显示出高达4倍的增加的催化速率，因此大大提高了植酸盐去磷酸化的速度。

技术领域

本发明提供了植酸酶，其与商购可获得的植酸酶相比表现出令人惊讶的高热稳定性。本发明还公开了具有改善的催化活性的变体。

背景技术

植酸酶是从植酸盐中释放无机磷酸盐的酶。植酸酶用作饲料添加剂以增加无机磷从饲料中的植酸盐的释放。目前在工业中使用的商业植酸酶应该具有高催化功效、单胃动物胃中的稳定性和高热稳定性，以便在饲料造粒期间的热处理后保留其大部分活性。

矿物质是所有生物生长的必需元素。对于单胃动物(例如猪、家禽)和鱼的牲畜生产，饲料通常补充有矿物质。植物种子是丰富的矿物质来源，因为它们含有与植酸的磷酸基团配合的离子。反刍动物不需要无机磷酸盐和矿物质，因为瘤胃中的微生物产生催化植酸盐(肌醇六磷酸盐)转化为肌醇和无机磷酸盐的酶。在此过程中，释放出与植酸盐配合的矿物质。

植酸盐在几乎所有的植物饲料中作为储存磷的来源出现(Phytic Acid,Chemistry and Applications,E.Graf(Ed.),Pilatus Press:明尼阿波利斯,明尼苏达州,美国,1986)。在谷物和豆类中，植酸形成种子的正常部分。它起到结合膳食矿物质的作用，该膳食矿物质对于从种子中生长出的新植物来说是必需的。当通过种子酶植酸酶除去植酸的磷酸基团时，结合金属离子的能力丢失并且该矿物质变得可用于植物。在牲畜饲料谷物中，植酸结合的微量矿物质仅部分可供单胃动物吸收，单胃动物缺乏植酸酶活性。尽管植酸盐的一些水解发生在结肠中，但大多数植酸盐通过单胃动物的胃肠道并且在粪便中排泄，导致在密集的牲畜生产区域中的粪便磷酸盐污染问题。结肠中释放的无机磷对家畜没有营养价值，因为无机磷仅在小肠中被吸收。因此，大量营养上重要的膳食矿物质对于单胃动物来说可能无法获得。

植酸盐向肌醇和无机磷的转化可以通过广泛称为植酸酶的微生物酶催化。植酸酶能够催化肌醇六磷酸盐水解成D-肌醇五磷酸盐和正磷酸盐。基于催化作用模式，存在两种类型的植酸酶：3-植酸酶(EC.3.1.3.8)，其去除肌醇环的1位和3位的磷酸基团；和6-植酸酶(EC.3.1.3.6)，其首先在环的6位释放磷酸盐。据报道，某些真菌植酸酶将肌醇五磷酸盐水解成四磷酸盐、三磷酸盐和更低的磷酸盐；例如，据报道，无花果曲霉(A.ficuum)植酸酶产生肌醇二磷酸盐和肌醇单磷酸盐的混合物(Ullah，1988)。产生植酸酶的微生物包括：细菌，例如枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)(V.K.Powar and V.J.Jagannathan,J.Bacteriol.151:1102-1108,1982)和假单胞菌(Pseudomonas)(D.J.Cosgrove,Austral.J.Biol.Sci.2:1207-1220,1970)；酵母，如酿酒酵母(Sacchoromycescerevisiae)(N.R.Nayini and P.Markakis,Lebensmittel Wissenschaft undTechnologie 17:24-26,1984)；和真菌，如土曲霉(Aspergillus terreus)(K.Yamada,etal.,Agric.Biol Chem.32:1275-1282,1968)。先前已经报道了能够产生植酸酶作为单胃动物的饲料添加剂的微生物的可能用途(Shieh和Ware等，美国专利第3,297,548号；Nelson,T.S.等,J.Nutrition 101:1289-1294,1971)。

据报道，微生物植酸酶也可用于从某些工业过程(例如小麦和玉米废物产品)生产动物饲料。玉米的湿磨过程产生作为动物饲料出售的麸质。据报道，添加植酸酶可以改善饲料产品的营养价值。