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植酸酶的分子生物学与基因工程探讨 摘 要：本文綜述植酸酶的分子生物学和基因的相关特性，并由此绽开探讨。 关键词：植酸酶；分子生物学；基因工程 在自然界中，磷原子被认为以植酸磷的形式存在于谷类、豆类、小麦、玉米等多种作物的果籽内【1】，由于高养分的缘由这些作物广泛运用于饲养业中。但因植酸本身极难被单胃动物小肠利用汲取，造成了植酸中磷离子的奢侈。植酸酶则是一种能够将植酸、及其盐类物质水解成肌醇与磷酸盐的一类酶的总称，是近几年的一种极具探讨价值的酶类。 一、植酸酶的分子生物学 在世界范围内，已有较多的植酸酶的相关制剂运用于畜牧业。从植酸酶分子探讨的历程可知，植酸酶的探讨始于谷糠【2】等植物，随后逐步相识到植物中植酸酶属于6-植酸酶，最适pH近中性【3】，这点并不满意人们的要求。在饲养业中，植酸酶常作为饲料添加，对单胃动物而言，所须要的是酸性植酸酶，而鱼类等水产业生物而言则须要碱性植酸酶【4】。于是人们转向微生物来源的植酸酶的相关探讨。 1.1微生物来源的植酸酶的酶学特性 在酵母、曲霉、根霉等真核微生物和枯草芽孢杆菌、假单胞杆菌、乳酸杆菌、大肠杆菌等原核生物中已发觉大量的植酸酶存在【3】。对于不同微生物来源的植酸酶，李晓龙【5】等人利用最适pH和立体专一性作为标准对其分类，往往认为有3-植酸酶，6-植酸酶，5-植酸酶三种立体专一不同的植酸酶。绝大多数的微生物产生3-植酸酶【5】，例如来源于A.ficuum NRRL3135的植酸酶PHYA，这类植酸酶最终产物为2-磷酸肌醇单酯。 1.2植酸酶基因 目前已分别克隆的植酸酶基因多种多样。对于属于自然界中分布最广的组氨酸酸性磷酸酶家族的PHYA而言，其基因往往在所编码的氨基酸序列具有较高的相像性。例如对于NRRL3135和A.niger 963 l两种来源的PHYA，其氨基酸序列的同源性高达92%【2】。 二、植酸酶的基因工程 运用基因工程有目的的产生人们所希望的生命物质已成为现代生物学中不行缺失的一部分。对于植酸酶而言，现主要运用基因工程来解决在自然环境中难以干脆得到满意生产运用需求的相关植酸酶【5】。 植酸酶分子具有催化和结合两个部位，不同的底物结合部位将对植酸酶本身的酶活性产生迥然不同的影响。如A.niger 来源的PHYA植酸酶，其底物结合部位所包含的残基可分别在pH2.5和pH5.0两种条件下与植酸分子高效结合，而在同样A.niger 来源的PHYB植酸酶，其底物结合部位的残基在pH2.5条件下才能与磷酸单酯类物质相结合，在pH5.0条件下，该种植酸酶将与高负电性的植酸分子相排斥。利用基因工程定点突变，变更植酸酶基因的活性部位，将有助于增加植酸酶分子的表达活性【6】。 2.1 在微生物中高效表达的植酸酶基因 植酸酶基因的探讨多集中在遗传背景清楚、培育周期短、可大规模生产的一系列原核与真核微生物中。例如，利用定点突变技术将来源于供体菌的原PHYA中Arg密码子优化，使得植酸酶在重组的酵母中表达，并且使得植酸酶的表达量大幅度提升，在19101年得以实现【7】。 2.2植酸酶的植物基因工程 在植物、动物、微生物中视察获得有益于抗逆性的相关高效表达的基因利用同序概念的人工合成新的基因，在生产成本或者是科学探讨层面均具有极其重要的意义。例如在烟草中已有大量关于植酸酶基因的探讨，将植酸酶基因转入烟草后，在叶子中最高可检测到14.4%的可溶性蛋白质含量【10】。 2.3植酸酶的热稳定性 植酸酶的热稳定性在推广中往往是限制性因素之一。在嗜温微生物中干脆分别具有热稳定性的植酸酶基因是探讨者们关注的重点之一。例如，Luis pasamontes等【8】利用分别得到的耐热植酸酶基因经扩增并转以到黑曲霉中后，在101下仍有极好的活性。 同时植酸酶的热稳定性由氨基酸序列、三维机构的正确性等多个相关因素的共同确定【6】。在生产中，采纳固定化酶技术，利用特别包袱材料如海藻酸盐等对植酸酶分子进行包袱，包袱材料的存在在肯定程度上提升了植酸酶分子的耐热性，在养殖业中占有肯定市场份额，但是其昂扬的成本也使得一些小中型企业望而却步。 三、探讨的重要意义 植酸酶在生产运用上的极大潜力。在现代生活中植酸酶在生产中的运用的意义可以粗略分为以下几个方面：第一，削减环境污染，例如添加的植酸酶可以使得鱼饲料中磷的利用率提升，水体中磷的污染大大削减。其次，解决养殖业中植酸酶带来的抗养分作用，植酸分子因自身的负电性结合大量的矿物离子，如Zn2*、Ca2*等，植酸酶的存在则可以促进消退该种作用，甚至促进小肠对于矿物质的汲取和利用。第三，缓解国内的矿物质磷供应不足的局面【9】，在过去的无机磷长期依靠于高污染高耗能的生产厂，植酸酶的探讨将极有力的打破这一格局。 参考文献： 1 Graf E.J A m Oil Chem Soc，11013，60： 18611867 2 Peers F G .Biochem J，1953，53：102107 3 姚斌，范云六. 生物工程学报，2000，16 4 Frontela C， scarino ML ，Ferruzza S， et al. Effect of dephytinization on bioavailability of iron， calcium and zine from infant cereals assessed in the Caco-2 cell model . World J Gastroenterol ，2022，15：11017 -11014 5 李晓龙，杨合同等.微生物学通报，2022，37：738-747 6 廖明星，顾振新. 食品科学，2003，？ 7BIN Y ， CHUNYIZ， JIANHUA W et al.Science in China， 19101，41 ： 330-336 8刘梅英，彭键. 科技动态 ？ 9Bilyeu KD ， zeng PY， Coello P， et al . Quantitative conversion of phytate to inorganic phosphorus in soybean seeds expressing a bacterial phytase . Plant Physiology，2022：468-477 10Verwoerd T C， Paridon P A Van ，Ooyen A J J Van et al . Plant Physical， 11015， 109： 111011205 第5页 共5页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页