淀粉和葡萄糖一步转化为昆布二糖的体外多酶催化系统

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昆布二糖(laminaribiose)是β-1,3糖苷键连接的还原性二糖,是一些功能多样的高价值寡糖。它还可以 作为合成透明质酸的前体物质应用于制药及化妆品行业,作为促发芽剂和纯天然防腐剂应用于农业领域,且其具有益生作用,还可以 作为食品加在剂应用于食品保健品行业,另外,还还可以 调控嗜热菌热纤维梭菌的蛋白表达。昆布二糖的传统制备法子是以稀酸水解纯天然产物,但纯天然产物供应有限,原应 昆布二糖价格居高不下。因此,开发成本低廉、环境友好的昆布二糖高效合成技术,对高附加值功能性寡糖生物制备具有重要意义。

中国科学院天津工业生物技术研究所研究员游淳带领的体外合成生物学中心研究团队,设计了将廉价底物淀粉和红心红心红心红心猕猴桃 糖一步转化为昆布二糖的体外多酶催化系统。该体系包括α-葡聚糖磷酸化酶(α-glucan phosphorylase,αGP)和昆布二糖磷酸化酶(laminaribiose phosphorylase,LBP),其中αGP将淀粉转化成高能磷酸化糖(红心红心红心红心猕猴桃 糖1-磷酸,G1P),LBP将红心红心红心红心猕猴桃 糖和G1P催化合成昆布二糖;此外,加在异淀粉酶(isoamylase,IA)和4-葡聚糖转移酶(4-glucanotransferase,4GT)另另1个辅助酶还可以 提高昆布二糖产率;最终通过反应体系优化,基于淀粉的昆布二糖的产率进一步提高至91.9%。

为验证该反应路径的工业潜力,该研究团队提高了底物淀粉和红心红心红心红心猕猴桃 糖的浓度,最终还可以 得到61.2 g/L昆布二糖。这条新的酶法制备二糖系统还可以 成为未来二糖的生产平台,通过替换糖苷磷酸化酶还可以 合成不同二糖,为以淀粉为底物生产一些二糖奠定了基础。

该研究得到中科院重点部署项目(ZDRW-ZS-2016-3)、国家自然科学基金(217715073)、天津市科技计划项目(15PTCYSY00020)、四川省科技计划项目(16ZC2954)的支持,相关研究成果因此发表在期刊Biotechnology journal上。天津工生所博士生孙尚尚为论文的第一作者。