背景及概述^[1]

葡萄糖異構(gòu)酶為白色或淺黃色無定形粉末或液體。不溶于乙醇、氯仿和乙醚，溶于水。其能將D-木糖、D-葡萄糖、D-核糖等醛糖可逆地轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的酮糖。由于可使葡萄糖異構(gòu)化為果糖，故稱為葡萄糖異構(gòu)酶。根據(jù)目前已知的情況，本酶的來源有：①短乳酸桿菌及放線菌等所產(chǎn)生的木糖異構(gòu)酶；②葡萄糖磷酸化異構(gòu)酶；③來自大芽孢桿菌的葡萄糖異構(gòu)酶；④從大腸桿菌中發(fā)現(xiàn)的異構(gòu)酶。其中只有木糖異構(gòu)酶有工業(yè)價值。木糖異構(gòu)酶耐熱性高，酶反應(yīng)不需任何再生因子。其最適pH為6～10。

催化機(jī)制^[2]

葡萄糖異構(gòu)酶的催化過程主要分為4個步驟：底物結(jié)合、底物開環(huán)、氫遷移反應(yīng)（異構(gòu)化）和產(chǎn)物分子的閉環(huán)，其中氫遷移反應(yīng)被認(rèn)為是整個反應(yīng)過程的限速步驟。

通過中子衍射技術(shù)獲得銹棕色鏈霉菌（的葡萄糖異構(gòu)酶-Cｄ-環(huán)形葡萄糖（3KCL）、葡萄糖異構(gòu)酶-Ni-線性葡萄糖的晶體結(jié)構(gòu)，并結(jié)合之前報(bào)道的葡萄糖異構(gòu)酶-Co（2GVE）和葡萄糖異構(gòu)酶-ＭG-線性果糖（3CWＨ）的晶體結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步詳細(xì)闡明了底物開環(huán)及其氫遷移反應(yīng)過程。他同時指出活性中心的水分子為葡萄糖分子的正確定位提供了較好的模板，使得葡萄糖分子的O1接近活性中心氨基酸K289，而O5接近雙質(zhì)子化的Ｈ54；中性的K289在底物結(jié)合后，剝奪葡萄糖分子的O1質(zhì)子，而帶上正電荷；雙質(zhì)子化的Ｈ5７-Ｈ54提供質(zhì)子給O5，使得O5帶上負(fù)電荷，K289和Ｈ54的去質(zhì)子化與質(zhì)子化促使C1-O5鍵斷開，使葡萄糖開環(huán)形成線性結(jié)構(gòu)。線性葡萄糖分子的C3-O3與C4-O4鍵的旋轉(zhuǎn)使得O1與葡萄糖異構(gòu)酶活性中心的K183氫鍵連接，從而對線性葡萄糖分子的穩(wěn)定起到一定作用，有利于O1與Ｍ2金屬離子形成配位鍵。在此基礎(chǔ)上通過進(jìn)一步Ｑ186E突變，研究突變前后葡萄糖異構(gòu)酶的晶體結(jié)構(gòu)活性中心的氫鍵網(wǎng)絡(luò)，發(fā)現(xiàn)K289通過氫鍵與保守水分子作用而促使葡萄糖O1去質(zhì)子化；而Ｑ186通過兩分子水與K289進(jìn)行氫鍵連接，并通過兩個氫鍵直接與K183連接，從而使得K289與K183相互作用，穩(wěn)定了線性葡萄糖的結(jié)構(gòu)。

用途^[2]

葡萄糖異構(gòu)酶可用作酶制劑，是我國GB2760—1996規(guī)定允許使用的食品用酶制劑，用于制造高果糖漿及其他果糖淀粉糖漿。這些糖漿可用于罐頭、糖果、糕點(diǎn)、嬰兒食品、果汁、冷飲及果脯等方面。

制備^[3]

用嗜酸鏈霉菌生產(chǎn)葡萄糖異構(gòu)酶的方法，其目的在于用我們分離獲得的嗜酸鏈霉菌菌種，通過發(fā)酵及固定化工藝制備葡萄糖異構(gòu)酶制劑。本發(fā)明包括（1）依據(jù)pH值分段模式從土壤中分離嗜酸鏈霉菌，對于能夠在pH5乃至pH4培養(yǎng)基上生長之菌株進(jìn)行分析鑒別篩選出葡萄糖異構(gòu)酶產(chǎn)生菌株。（2）經(jīng)純化的產(chǎn)酶菌株，在適宜培養(yǎng)條件下，依次經(jīng)斜面孢子，搖瓶種子逐級擴(kuò)大培養(yǎng)于含有適當(dāng)碳源、氮源的接種培養(yǎng)基上，使種子生長旺盛。（3）生長良好的種子培養(yǎng)液接入發(fā)酵培養(yǎng)基中，在控制條件下進(jìn)行發(fā)酵，從中收獲葡萄糖異構(gòu)酶，該酶經(jīng)固定化后用于制備高果糖漿。

主要參考資料

[1] 實(shí)用精細(xì)化工辭典

[2] 葡萄糖異構(gòu)酶及其在高果糖漿生產(chǎn)中的應(yīng)用

[3] CN89107663.8用嗜酸鏈霉菌生產(chǎn)葡萄糖異構(gòu)酶的方法