周惠 李飞 夏文静

摘 要：文章系统的研究了在植物细胞壁多糖支链的降解过程中起关键作用的辅酶，对辅酶的来源、分类及作用等进行了阐述，为植物细胞壁多糖的完全降解提供了理论依据。

关键词：植物细胞壁；多糖；辅酶

1 前言

植物细胞壁多糖的完全降解取决于作用于细胞壁多糖主链的酶和作用于主链结构的取代物和侧链的辅酶。一些辅酶作用于连接主链与取代基的化合键，而另一些酶则作用于侧链内或末端的化合键。这些片段与曲霉菌产生的作用于植物细胞壁多糖的不同辅酶有关。

2 相关辅酶研究

α-D-木糖苷酶.。α-D-木糖苷酶能够将木葡聚糖水解成α键连接的木糖残基。我们仅仅对曲霉菌产生一部分木糖苷酶特性有所了解。这些酶对α键连接的木糖残基有高度的专一性，有关它们能水解的葡糖苷类型不同，其专一性不同。从A.niger中获得的两种酶都能作用于p- 硝基苯基-α-D-吡喃型木糖苷，异 草糖以及源于木葡聚糖的寡聚糖。黄曲霉产生的α-木糖苷酶Ⅰ能够作用于底物所有三种类型，而真菌中的α-木糖苷酶Ⅱ仅仅作用于p- 硝基苯基-α-D-吡喃型木糖苷，一小部分作用于异 草糖。黄曲霉本身就能产生α-木糖苷酶Ⅰ，而真菌中α-木糖苷酶Ⅱ需要木糖诱导才能产生。

α-L-阿拉伯呋喃糖苷酶和阿拉伯木糖阿拉伯呋喃水解酶。 阿拉伯糖残基能够被α-L-阿拉伯呋喃糖苷酶和阿拉伯木糖阿拉伯呋喃水解酶水解。人们已经对这些酶及许多不同生物体相关基因进行研究，显示对不同底物的强专一性。

曲霉菌在阿拉伯木聚糖，甜菜浆状物以及L-阿拉伯糖和L-阿拉伯糖醇上生长时，能够观察到阿拉伯呋喃糖苷酶的生成。当曲霉菌在燕麦和白桦树木聚糖上生长时，能够生成阿拉伯木聚糖阿拉伯呋喃糖水解酶。

阿拉伯糖基木聚糖阿拉伯呋喃糖水解酶不能将与葡糖醛酸取代木糖基相连的木糖水解为阿拉伯糖，这种酶不能水解阿拉伯二糖侧链。

阿拉伯糖基木聚糖阿拉伯呋喃糖水解酶和阿拉伯呋喃糖苷酶关于葡糖苷酶的分族之间的区别是明显的。阿拉伯呋喃糖苷酶被分到51和54族，两者均含有一种保守机理，然而阿拉伯糖基木聚糖阿拉伯呋喃糖水解酶属于62族。A.sojae中得到的阿拉伯呋喃糖水解酶由于氨基酸的原因被分到62族，但是它与A.niger中获得的阿拉伯糖基木聚糖阿拉伯呋喃糖水解酶A的底物专一性不同。后者酶仅仅作用于阿拉伯木聚糖，而阿拉伯呋喃糖水解酶也能将L-阿拉伯聚糖和阿拉伯半乳糖水解成阿拉伯糖。目前还未说明这些酶的水解机理。从A.niger中获得的Abf A与Abf B被分到不同的家族，这可能反应出酶底物专一性的差别。两种酶都能将阿拉伯聚糖和甜菜浆状物水解为阿拉伯糖，但是只有Abf B能够将木聚糖水解为阿拉伯糖。

阿拉伯糖内切和外切酶。阿拉伯糖内切酶水解α-1，5键连接的阿拉伯多聚糖，该糖存在与果胶中的侧链。尽管一些阿拉伯呋喃糖也能够水解多聚阿拉伯糖，但是阿拉伯糖内切酶大大的增强了阿拉伯糖降解的效率，并影响了阿拉伯呋喃糖苷酶的活性。当曲霉菌在甜菜浆，L-阿拉伯糖和L-阿拉伯糖醇上生长时会产生阿拉伯糖内切酶。

α-和β-D-半乳糖苷酶。 植物细胞壁多糖中D-半乳糖的水解需要α-和β-D-半乳糖苷酶的作用。β-半乳糖苷酶将果胶半乳聚糖侧链水解释放末端半乳糖残基。α-半乳糖苷酶参与半乳（葡）甘露聚糖的降解，将骨架中的甘露糖基水解释放半乳糖。在某些半乳葡甘露聚糖中，末端β-键连接的半乳糖基的存在意味着α-和β-D-半乳糖苷酶可能对这些多聚糖的降解起着重要的作用。目前还未有报道有关α-和β-D-半乳糖苷酶对木聚糖作用活性的研究。然而，当天然底物中含有木聚糖时会产生α-和β-D-半乳糖苷酶，这表明这种酶在木聚糖降解方面的作用。已经有报道当曲霉菌生长在含有阿拉伯木聚糖，葡萄糖，角豆胶，小麦和水稻麸皮，乳糖，半乳糖，半乳甘露聚糖或关华豆胶的环境中时会产生α-半乳糖苷酶。而当生长在含有阿拉伯木聚糖，多聚半乳糖醛酸水稻麸皮和乳糖环境中时会产生β-半乳糖苷酶。在曲霉菌中已经纯化得到不同的α-半乳糖苷酶，但是仅仅得到一种β-半乳糖苷酶。β-半乳糖苷酶在分子量上的差别很可能是由于链的不同和酶糖基化程度不同造成的。

内切-和外切半乳糖酶。 果胶的半乳糖侧链可被内切半乳糖酶，外切半乳糖酶和β-半乳糖苷酶水解。内切半乳糖酶能够水解多聚半乳糖，并释放出半乳二糖和半乳三糖。在含有甜菜浆，大豆和角豆胶的环境中能够生成内切半乳糖酶。这些酶的区别在于它们水解半乳糖基键β-1，3-，β-1，4-，β-1，6-键的能力。果胶侧链中存在两种类型的阿拉伯半乳糖。类型Ⅰ由β-1，4糖苷键连接吡喃型半乳糖构成的骨架结构，而类型Ⅱ是由β-1，3糖苷键连接吡喃型半乳糖构成的骨架结构，其侧链是β-1，6糖苷键连接的吡喃型半乳糖。三种内切酶同时存在时才能将这些多糖的完全水解，但是迄今为止，主要对β-1，4-内切半乳糖酶有所报道。在A.niger中纯化获得两种外切半乳糖酶。β-1，4-外切半乳糖能将低聚半乳糖和土豆半乳糖水解并释放半乳糖，此外，这种外切半乳糖酶还有半乳糖转移酶活性，这意味着这种酶可以应用到生产特殊的寡聚半乳糖方面并有水解保守机理。β-1，3-外切半乳糖对于本地植物多糖不显示活性，但是对从阿拉伯树胶中获得的β-1，3-半乳糖显示较高的活性，主要包括部分酸解和两步Smith降解。这种酶能够通过水解主链中与分支点相连的β-1，3键而释放出阿拉伯半乳糖Ⅱ的β-1，6-侧链。

α-葡糖醛酸糖苷酶。α-葡糖醛酸糖苷酶能够水解木聚糖骨架中的葡糖醛酸残基和4-O-甲酰脂。将大量真菌和细菌培养物过滤后，滤液中能检测到这种酶的活性，但是仅仅能从一小部分有机体中纯化得到α-葡糖醛酸糖苷酶。已经从A.niger和A.tubingensis中分离得到α-葡糖醛酸糖苷酶。这种酶主要作用于小的木聚寡聚物，因此决定与内切木聚糖酶的活性。α-葡糖醛酸糖苷酶对寡聚糖有较高的活性，而对多聚底物有较低甚至没有活性。

阿魏酰和p-香豆酰酯酶。 一些种类的阿魏酰和p-香豆酰酯酶由于它们的物理特性和底物专一性不同而能将它们分离。所有的酶除了A.awamori p-香豆酰酯酶都作用于甲基阿魏酸盐。甲基阿魏酸盐是一种通常用于分析阿魏酸酯酶的合成底物。阿魏酸酯酶对天然底物的活性研究主要集中在木聚糖和源于木聚糖的寡聚糖，大多数酶都能将其水解并释放出阿魏酸盐。只有两种酶：FaeA和CinnAE能够将果胶水解并释放出阿魏酸。将A.niger中FaeA和CinnAE进行比较研究显示，FaeA更加偏爱在芳香环3′位置含有甲基官能团的底物，当芳香环中甲基官能团数量增多时酶活性会提高。CinnAE对在芳香环3′位置含有甲基官能团的底物活性较低甚至没有活性，而在芳香环其他位置有额外的甲基与没有取代基时相比，CinnAE活性会降低。芳香环上的氢取代物会提高CinnAE的活性，而降低FaeA的活性。针对这两种酶将来自甜菜浆和水稻麸皮的寡聚糖水解并释放阿魏酸的能力进行研究。FaeA能够释放连接到阿拉伯糖O-5位置的阿魏酸（存在水稻阿拉伯木聚糖中）。不能释放连接到阿拉伯糖O-2位置的阿魏酸（存在甜菜果胶中），但能连接到阿拉伯糖O-6位置的阿魏酸（同样存在甜菜果胶中），这意味着FaeA对键存在专一性而不是多聚物组分。CinnAE（FAE-Ⅰ）能够所有用于测试的寡聚糖水解并释放阿魏酸，但对阿拉伯糖键连接的阿魏酸显示更高的活性。这些数据暗示了来自A.niger的不同阿魏酰酯酶对细胞壁多糖降解方面有辅助的功能。尽管这在其他有机体内并没有详细研究，但是已经证实其他阿魏酰酯酶存在底物专一性差别。A.awamori产生的香豆酰酯酶不能水解阿魏酰酯。在其他机体内并未有报道同样的香豆酰酯酶，但是当使用甲基阿魏酸盐作为底物时，几乎检测到所有纯化的阿魏酰酯酶活性。但却没有检测到香豆酰酯酶的活性。

乙酰-和甲酰酯酶. 乙酰和甲酰酯酶将细胞壁多糖骨架水解并释放出乙酰基和甲酰基。乙酰木聚糖酯酶将木聚糖主链中木糖的O-2或O-3位的乙酰基水解，尽管在一些曲霉菌例如：A.niger，A.japonicus，A.nidulans中已经检测到乙酰木聚糖酯酶的活性，但是在曲霉菌中华仅仅纯化得到一小部分乙酰木聚糖酯酶。与其他大部分辅酶不同的是，乙酰木聚糖酯酶对多聚物底物有较高的活性，对内切木聚糖酶有效降解木聚糖骨架有很重要的作用。A.niger乙酰木聚糖酯酶的存在使白桦树木聚糖能被三种类型的内切木聚糖酶和β-木糖苷酶降解，在不含乙酰木聚糖酯酶时，这三种酶不能降解这种底物，这意味着乙酰木聚糖酯酶在木聚糖降解中的重要性。

已经从曲霉菌中纯化得到两种乙酰甘露聚糖酯酶。从A.niger中得到的乙酰甘露聚糖酯酶对降解乙酰化半乳（葡）甘露聚糖具有高度的专一性，而A.oryzae中得到的乙酰甘露聚糖酯酶仅仅在一小部分对乙酰化木聚糖显示活性。这两种酯酶对多聚物和低聚物都显示活性，并且可以显著影响β-1，4-甘露聚糖酶的活性。然而，β-1，4-甘露聚糖酶的存在对A.oryzae乙酰甘露聚糖酯酶的活性比对A.niger乙酰甘露聚糖酯酶的活性影响更大。

果胶平滑区中的乙酰基和甲酰基能够被果胶乙酰酯酶和甲酰酯酶所水解。从曲霉菌属中已经纯化获得一些果胶甲酰酯酶。多聚半乳糖醛酸梅和果胶裂合酶降解果胶主链的能力取决于果胶甲酰酯酶的活性。最近研究表明，果胶甲酰酯酶不能水解果胶骨架nonreducing末端的甲酰基，也不能将甲酰脂化的半乳糖醛酸二聚物去脂化。目前仅仅报道了一种曲霉菌属乙酰酯酶。1H-核磁共振图谱实验证实连接到果胶骨架上的乙酰基的差别，并显示A.niger果胶乙酰酯酶（PAE）的活性取决于这种差别。果胶乙酰酯酶与果胶甲酰酯酶和果胶裂合酶一起协同作用。

参考文献

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