環(huán)糊精葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶的制備與應(yīng)用

前言

環(huán)糊精葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶（CGT酶）是一種多功能酶，它能催化四種反應(yīng)——歧化反應(yīng)、環(huán)化反應(yīng)、偶合反應(yīng)和水解反應(yīng)。CGT酶可通過環(huán)化反應(yīng)將淀粉轉(zhuǎn)化為環(huán)糊精，環(huán)糊精能與許多客體分子形成包合物，從而改變客體分子的物理和化學(xué)性質(zhì)，其在食品、香料、醫(yī)藥、農(nóng)藥、化工等行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。CGT酶還可通過偶合和歧化反應(yīng)，先將淀粉或環(huán)糊精轉(zhuǎn)化為單糖、雙糖或低聚糖，然后將這些糖分子作為供體轉(zhuǎn)移到各種受體分子上，從而改善受體分子的性質(zhì)，如CGT酶催化低聚糖轉(zhuǎn)移到蔗糖或果糖上可以制備難蝕性的偶合糖，催化甜菊苷、橙皮苷、蕓香苷、L抗壞血酸、鼠李糖等糖基化，能顯著提高這些物質(zhì)的使用性能。我國(guó)是淀粉生產(chǎn)大國(guó)，進(jìn)入21世紀(jì)，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，在未來幾年內(nèi)淀粉深加工產(chǎn)品必將呈現(xiàn)一個(gè)更加快速并持續(xù)發(fā)展的美好前景。由于CGT酶可以轉(zhuǎn)化淀粉成為環(huán)糊精，而環(huán)糊精及其衍生物作為高附加值產(chǎn)品，在食品、醫(yī)藥、化工、香精香料、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用，近年來CGT酶已經(jīng)開始受到人們的重視，并且成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。國(guó)外對(duì)CGT酶的研究較多且較為深入，而我國(guó)對(duì)此酶的研究尚處于起步階段，國(guó)內(nèi)能生產(chǎn)CGT酶的企業(yè)只有少數(shù)幾家，而且全部為環(huán)糊精生產(chǎn)企業(yè)，基本上是自給自足，目前市場(chǎng)上CGT酶酶制劑基本源自進(jìn)口。因此，開發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高性能CGT酶、完善其應(yīng)用工藝并拓展其應(yīng)用潛力，可推動(dòng)環(huán)糊精及其相關(guān)行業(yè)的快速發(fā)展。有關(guān)CGT酶生產(chǎn)面臨的主要問題為野生菌產(chǎn)酶效率低，基因工程菌產(chǎn)酶大多以包涵體形式存在；CGT酶產(chǎn)物特異性差，已知的天然CGT酶的轉(zhuǎn)化產(chǎn)物幾乎都是α、β、γ三種環(huán)糊精的混合物，后期的分離純化困難；CGT酶的穩(wěn)定性有待提高以及利用CGT酶轉(zhuǎn)化淀粉的生產(chǎn)過程需進(jìn)一步優(yōu)化?，F(xiàn)代生物工程技術(shù)的發(fā)展給我們帶來了機(jī)遇，利用基因工程、蛋白質(zhì)工程、發(fā)酵工程和生物色譜分離工程以及各種組學(xué)技術(shù)、高通量篩選技術(shù)等高新技術(shù)高效制備具有產(chǎn)物特異性的酶已成為CGT酶發(fā)展的重要方向。目前有關(guān)這方面的研究雖有部分報(bào)道，但是多側(cè)重于對(duì)基礎(chǔ)理論研究的綜述，并且缺乏系統(tǒng)性，而有關(guān)CGT酶工程的書籍尚未見出版。作者多年來一直從事CGT酶的研究工作，指導(dǎo)了多名博士、碩士研究生從事CGT酶產(chǎn)物特異性改造、熱穩(wěn)定性改造、重組表達(dá)CGT酶以及發(fā)酵優(yōu)化，此外開展了利用CGT酶制備α、β、γ環(huán)糊精，合成偶合糖以及改性甜菊糖等方面的應(yīng)用研究。作者現(xiàn)將這些研究成果加以整理，并結(jié)合國(guó)內(nèi)外最新資料，匯集成書。本書作者長(zhǎng)期工作在酶工程科研、教學(xué)和應(yīng)用的第一線，撰寫此部能反映CGT酶研究最新成果的學(xué)術(shù)專著，旨在滿足從事CGT酶研究和環(huán)糊精制備開發(fā)應(yīng)用的廣大學(xué)者和科技工作者的需求，對(duì)從事其他酶制劑的制備和應(yīng)用的科研人員也有一定的參考價(jià)值。本書是在國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目“食品微生物的功能優(yōu)化與控制”（No 20836003）、國(guó)家杰出青年基金“發(fā)酵過程優(yōu)化關(guān)鍵科學(xué)問題研究”（No 20625619）、國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目“功能性環(huán)糊精選擇性生物合成的控制策略及其機(jī)理研究”（No 2006AA10Z335）、國(guó)家自然科學(xué)基金“大腸桿菌Sec途徑介導(dǎo)的重組蛋白胞外分泌的強(qiáng)化”（No 30970057）以及江蘇省自然科學(xué)基金項(xiàng)目“環(huán)糊精葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶產(chǎn)物特異性與其一級(jí)結(jié)構(gòu)的相關(guān)性”（No BK2007019）等課題研究基礎(chǔ)上完成的，在此對(duì)這些項(xiàng)目的資助表示感謝。本書共分為六章，第一、二章由陳晟和吳敬編寫，第三章由丁彥蕊和須文波編寫，第四章由吳丹和陳堅(jiān)編寫，第五章由李兆豐和顧正彪編寫，第六章由劉龍、李江華和夏詠梅編寫。感謝上述同仁為本書所付出的寶貴時(shí)間和精力，同時(shí)因?yàn)闀r(shí)間和水平有限，本書可能會(huì)存在一些不足，歡迎廣大讀者批評(píng)指正。吳敬2011年5月22日于江南大學(xué)

內(nèi)容概要

環(huán)糊精葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶(CGT酶)是一種多功能酶，可將淀粉轉(zhuǎn)化為環(huán)糊精，環(huán)糊精及其衍生物作為高附加值產(chǎn)品有著廣泛應(yīng)用。吳敬、顧正彪、陳堅(jiān)等編著的《環(huán)糊精葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶的制備與應(yīng)用》是反映CGT酶研究最新成果的學(xué)術(shù)專著，是作者將長(zhǎng)期從事酶工程科研、教學(xué)和應(yīng)用的研究成果加以整理，并結(jié)合國(guó)內(nèi)外最新資料匯集而成。主要介紹CGT酶及其催化機(jī)理，
CGT酶的產(chǎn)物特異性改造、熱穩(wěn)定性改造、重組表達(dá)、發(fā)酵優(yōu)化，利用CGT酶制備各種類型環(huán)糊精，以及基于CGT酶的其他產(chǎn)品制備技術(shù)，包括2-氧-α-
D-吡喃葡萄糖基抗壞血酸、甜菊糖苷和偶合糖的制備。
《環(huán)糊精葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶的制備與應(yīng)用》可作為生物工程、食品科學(xué)與工程等專業(yè)的教學(xué)參考書，也可供相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員參考。

書籍目錄

第一章 緒論
 第一節(jié) CGT酶概述
 第二節(jié) CGT酶的三維結(jié)構(gòu)
 第三節(jié) CGT酶的催化機(jī)理
 一、CGT酶與底物結(jié)合的分子機(jī)制
 二、CGT酶的轉(zhuǎn)糖基反應(yīng)機(jī)理
 三、CGT酶的環(huán)化機(jī)理
第二章 環(huán)糊精葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶的產(chǎn)物特異性改造
 第一節(jié) CGT酶產(chǎn)物特異性的研究進(jìn)展
 第二節(jié) P-macera α-CGT酶的克隆表達(dá)及性質(zhì)研究
 一、P-macera α-CGT酶在大腸桿菌中的克隆表達(dá)
 二、重組P-macera α-CGT酶的分離純化
 三、重組α-CGT酶的性質(zhì)
 第三節(jié) 定點(diǎn)突變提高CGT酶的α-環(huán)糊精特異性
 一、野生和突變CGT酶的表達(dá)與純化
 二、定點(diǎn)突變影響CGT酶的環(huán)糊精形成活力
 三、定點(diǎn)突變影響環(huán)糊精的生產(chǎn)
 第四節(jié) 定點(diǎn)突變提高CGT酶的β-環(huán)糊精特異性
 一、多重序列比對(duì)
 二、野生和突變CGT酶的表達(dá)與純化
 三、Lys47對(duì)產(chǎn)物特異性的影響
第三章 環(huán)糊精葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶的熱穩(wěn)定性改造
 第一節(jié) CGT酶高溫解折疊研究
 一、研究方法介紹
 二、CGT酶的分子動(dòng)力學(xué)模擬
 第二節(jié) 鹽橋與CGT酶耐熱性的關(guān)系研究
 一、研究方法介紹
 二、CGT酶熱不穩(wěn)定區(qū)分析
第四章 環(huán)糊精葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶的發(fā)酵生產(chǎn)
 第一節(jié) CGT酶的發(fā)酵
 一、種子的培養(yǎng)與保存
 二、搖瓶水平的工藝優(yōu)化
 三、發(fā)酵罐水平的工藝優(yōu)化
 第二節(jié) CGT酶制劑穩(wěn)定性
第五章 環(huán)糊精的制備技術(shù)
 第一節(jié) 環(huán)糊精含量的分析
 一、色譜法
 二、毛細(xì)管電泳
 三、分光光度法
 四、其他方法
 第二節(jié) 環(huán)糊精的制備工藝
 一、非控制過程
 二、控制過程
 第三節(jié) 影響環(huán)糊精得率的因素
 一、底物
 二、反應(yīng)條件
第六章 基于環(huán)糊精葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶的其他產(chǎn)品制備技術(shù)
 第一節(jié) 2-氧-α-D-吡喃葡萄糖基抗壞血酸的制備
 一、AA-2G的合成方法
 二、AA-2G轉(zhuǎn)化合成中關(guān)鍵因素的確定
 三、AA-2G轉(zhuǎn)化條件優(yōu)化
 第二節(jié) 甜菊糖苷的制備
 一、CGT酶的篩選
 二、反應(yīng)條件對(duì)轉(zhuǎn)葡萄糖基反應(yīng)的影響
 三、改性后產(chǎn)物的甜味評(píng)價(jià)
 第三節(jié) 偶合糖的制備
 一、利用CGT酶生產(chǎn)偶合糖工藝
 二、偶合糖的精制
 三、偶合糖的結(jié)晶
參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁(yè)：插圖：

編輯推薦

《環(huán)糊精葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶的制備與應(yīng)用》由化學(xué)工業(yè)出版社出版。

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