植酸酶的分子生物学与基因工程

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植酸酶的分子生物学与基因工程
摘要植酸酶是一种新型的、可作为动物饲料添加剂的重要酵制剂，它对提 高饲料中磷的利用率．提高动物的生产性能，以及减轻因动物高磷粪便所导致 的环境水域的磷污染有着重要意义。 植酸酶是一种能水解植酸的磷酸酶类。它能将植酸磷(六磷酸肌醇)降解为 肌醇和无机磷酸。 此酶分为两类： 3植酸酶(EC． 1 3 8)和6一植酸酶(EC 3 1 2． 3 6

)。 植酸酶广泛存在于植物、动物和微生物中．如玉米、小麦等高等植物，枯草芽 孢杆菌、假单孢杆菌、乳酸杆菌、大肠杆菌等原核微生物及酵母、根霉、曲霉 等真核教生物中。 在备物、豆类和油料等作物籽实中．磷的基本贮存形式是植酸磷?，其含量 高达1％～3l{6．它占植物中总磷的60％～80％。但是以植酸磷形式存在的磷却 固单胃动物体内缺乏能分解植酸的酶而难以被利用， 其利用率仅在0％～40％． 从 而造成了许多问题：首先是造成磷源浪费。“，一方面钶料中的磷源不能得到有 效利用，另一方面为了满足动物对磷的需求，卫必须在饲料中添加无机磷．提高 了饲料成本；其次是形成高磷粪便污染环境【2 J。饲料中85％左右的植酸磷会 被动物直接排出体外，粪便中大量的植酸磷使水和土壤受到严重污染。另外，植 酸磷还是一种抗营养园子， 它在动物胃肠道的消化吸收过程中会与多种金属离子 如Zn”、c，+、Cu”、Fe2+等以及蛋白质螯合成相应的不溶性复合物，降低了动 物对这些营养物质的有效利用【3]。 植酸酶可作为一种单胃动物的饲料添加剂， 它的饲喂效果已在世界范围内得 到了确证“。它可使植物性饲料中磷的利用率提高60％，粪便中磷排泄量减少 40％， 同时还可降低植酸的抗营养作用。因此在饲料中添加植酸酶对提高畜禽业 生产效益及降低植酸磷对环境的污染有重要意义。但是，植酸酶到目前为止并没 有在饲料中得到广泛的推广应用，主要原因在于：1．植酸酶在天然材料中的含 量太低，难以大量生产，生产成本昂贵；2．植酸酶的抗逆性，尤其是热稳定性 不能完全满足饲料及饲料加工的要求。随着基因工程技术的发展．为这些问题的 解决提供了一条有效的新途径，檀酸酶的基因工程研究已成为世界性的研究热 点。

收稿El期：1999．(14．12，修回日期：1999，09—25， 1 植酸酶约分子生物学 早在1907年Suzuki等¨· 就在答糠中发现了具有植酸酶活性的磷酸酶，接下 来的较长的一个时期中． 研究都集中在植物和动物器官中的植酸酶．第一个纯化 的植酸酶来源于麸皮，研究发现它虽然具有植酸酶活性．但植酸并不是它的特异 性底物。来源于植物的植酸酶均属于6植酸酶．最适pH范围在5．0～7，5．不适 合在单胃畜禽酸性的胃中起作用．而且在植物中含量扳低，因而从应用的角度出 发．60年代末植酸酶的研究转向最适pH值为酸性、酶含量较高的微生物来 源的植酸酶。 1．1微生物来源的植酸酶的酶学性质 许多微生物都能产生植酸酶．尤其在曲霉属中。1968年Shieh等“发现所用 的 22 株 黑 曲 霉 菌 中 有 2L 株 能 产 生 植 酸 酶 。 第 一 个 被 分 离 纯 化 的 植 酸 酶 Aspergitlusterreus No．9A一1【“．它的最适pH值为4．5，最适酶反应温度为 70℃，此酶在pH 1．2～9．0均能稳定维持其活性。从此以后．陆续从十几种微 生物中分离到植酸酶，如枯草芽孢杆菌‘“、假单孢杆苗‘?、乳酸杆菌‘1?、 大肠杆菌?]、酵母【”】、曲霉”、隔孢伏革菌?1等，并对酶的生理生化性质进 行了较深入的研究。其中来源于A．m㈣NRRL3135(Aniger vat alvanwri)的植酸 酶PHYA具有较好的耐热性， 在酸性条件下有较高的酶括性，被认为是目前最具有 应用前景的饲用植酸酶，其酶学性质研究也较为探入【14。来源于A位““m NRRL3135(A nigermaⅡ；arnori)的植酸酶PHYA属于3一植酸酶．是一种檐基化蛋 白，糖基化含量为27．3％，糖链中富含甘露糖，表观分子量约为85kD。它的最 适pH值为2．5和5．5．最适温度为55℃，在37℃、pH2 5的条件下．以植酸钠为 底物的Km值为50mm01．Ca2+、Ve2+对酶活性无影响，Mn”、CJ+有激活作用，，能 使酶活性分另Ⅱ提高30％和13％，c舻+、Zn2+、Fe”和Cu+对酶活挂喜罐翩作掩+ 萁孛嚣两种鸯嚣竞争挂捧裁，磊两种鸯竞争性抑制。另外，对一些来源于动物、 植物的酸性磷酸酶有撺割侔塌的搀测粼妇L(+) 溅石酸、磷霉豢

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