木聚糖酶的分子結構特點及分類

廣義的木聚糖酶是指能夠降解半纖維素木聚糖的一組酶的總稱(方洛云等，2002)，主要包括三類:a、內切一β-1,4一木聚糖酶(EC 3.2.1.8)，作用于木聚糖和長鏈木寡糖，從β-1,4一木聚糖主鏈的內部切割木糖苷鏈，從而使木聚糖降解為木寡糖，其水解產物主要為木二糖與木二糖以上的寡聚木糖，也有少量的木糖和阿拉伯糖;b、外切-β-1,4一木聚糖酶(EC 3.2.1.92)，作用于木聚糖和木寡糖的非還原端，產物為木糖;c, β一木糖苷酶(1,4- β -D-木聚糖木糖水解酶，EC 3.2.1.37),該酶通過切割木寡糖末端而釋放木糖殘基。狹義的木聚糖酶僅限于內切一β-1,4一木聚糖酶。

根據所水解的木聚糖苷鍵類型，木聚糖酶可分為β-1,4糖苷鍵木聚糖酶和β-1,3糖苷鍵木聚糖酶兩類。陸上植物的木聚糖酶均屬β-1,4糖苷鍵木聚糖酶，而β-1,3糖苷鍵木聚糖酶大都存在于海藻及海洋生物中。按木聚糖酶的序列同源性和疏水族，木聚糖酶分別屬于糖苷水解酶的兩個家族，即F家族(10家族)和G家族(11家族)(陸鍵等，2001a),屬于同一家族的木聚糖酶催化區域具有同源性，可以根據已知家族的酶來推測未知酶的催化特性。F家族的木聚糖酶分子量高，結構復雜，通常生成較小的低聚糖，該家族的木聚糖酶可以作用于對硝基苯和對硝基苯纖維二糖，與底物結合需要較少數量的位點;G家族的木聚糖酶則對木聚糖有很高的特異性。

根據木聚糖酶的來源不同，可分為細菌木聚糖酶、曲霉木聚糖酶和木霉木聚糖酶。下面對不同來源的木聚糖酶的特性進行綜述。

a、細菌性木聚糖酶:Wong等(1988)對來自芽孢桿菌的木聚糖酶的性質進行了測定，分子量為24KDa，最適反應pH值為6.0，最佳溫度為50℃。Irwin等(1994)對嗜熱單孢菌的木聚糖酶特性進行了分析，分子量為32KDa，在75℃, 18 h下酶活力為96%。某些放線菌也能產生木聚糖酶(Ethier等，1994)。目前對來源于細菌的木聚糖酶的酶學性質，研究得比較清楚。

b、曲霉木聚糖酶:Kimwa等(1995)從曲霉Aspergillus Sojae中得到了內切β-1,4一木聚糖酶的兩種同工酶，分子量分別為32.7KDa和35KDa，等電點分別為3.50和3.75，這兩種酶活性能明顯被Mn2+和EDTA所抑制。Femandez等(1995)發現，構巢曲霉在以木聚糖為碳源時至少可分泌三種內切β一木聚糖酶:X22、X24、和X34，分子量分別為22、 24和34KDa，其中X22是中性酶，其余兩種為酸性酶。此酶對木聚糖有很高的專一性，是一種非脫支型木聚糖酶，與黑曲霉木聚糖酶近似，但后者分子量較小(28KDa)。

c、木霉木聚糖酶特性:木霉是一類工業上生產纖維素酶的主要真菌，同時一些木霉也能產生各種不同的木聚糖酶。Koyer等(1991)從里氏木霉中純化得到兩種木聚糖酶，木聚糖酶A的分子量為21.5KDa，分解產物為木二糖和木三糖;木聚糖酶B分子量為33KDa，分解產物為木二糖和木糖。木二糖能抑制木聚搪酶B的酶活，而對木聚糖酶A無此效應。里氏木霉制備的木聚糖酶，水解植物半纖維素后，分離提純該酶解液，用HCLP法分析其組成為:木糖3.4%、木二糖37.9%、木三糖18.5%、木四糖6.5%、木五糖6.5%，其它27.2%(徐勇等，2001 a)。植物半纖維素經低聚木糖酶的定向酶解后分離提純的主要成分為木二糖和木三糖。

到目前為止，已有近百種不同菌株的木聚糖酶基因被克隆。Bemier等(1983)首先從Bacillus Subrilis PAPⅡ5中分離得到Xyn木聚糖酶基因。近年來，已經測定了許多木聚糖酶基因的完整核苷酸序列。Gat等(1994)分析了嗜熱脂肪芽孢桿菌T-6的木聚糖酶基因和DNA序列；Tabemero等(1995)測定并分析了嗜堿性芽孢桿菌N137菌株編碼的內切一β-1，4木聚糖酶的DNA序列。目前木聚糖酶基因分子克隆工作已把宿主菌從大腸桿菌等原核生物擴展至酵母、木霉、曲霉等真核生物。隨著基因工程技術的發展，可利用生物反應器生產木聚糖酶。運用基因工程技術在分子水平上對木聚糖酶基因進行分子改造，可望解決一些木聚糖酶活性低(如抗逆性、PH值穩定性、熱穩定性等)的應用問題。在飼料制粒過程中有一個短暫的高溫過程（溫度一般在75-93℃），一般木聚糖酶在此溫度下會大幅度喪失活性，因此能在飼料中真正推廣的木聚糖酶必須具有良好的熱穩定性。一般來說，非淀粉多糖(NSP)酶在75℃時是穩定的。80℃時酶活損失50%以上(Pilip Lobo等，1998);另一方面飼料中木聚糖酶最終的作用場所是動物正常體溫(37℃)的胃腸道中，木聚糖酶必須在常溫下具有較高的活性。近年來，已從嗜溫微生物中發現了多種耐高溫木聚糖酶，對它們的結構與熱穩定性的研究將為木聚糖酶基因的分子改造提供理論依據。