生物學(xué)性質(zhì)

GI 它是工業(yè)上大規(guī)模從淀粉制備高果糖漿的關(guān)鍵酶，且該酶可將木聚糖異構(gòu)化為木酮糖, 再經(jīng)微生物發(fā)酵生產(chǎn)乙醇。

熱穩(wěn)定性

乳酸桿菌和埃希桿菌GI 的熱穩(wěn)定性較差，鏈霉菌和枯草芽孢桿菌GI 在高溫下相當(dāng)穩(wěn)定。嗜熱高溫菌(Thermus thermophi lus)GI 的熱穩(wěn)定性最高，可能是它對Val 及Pro 等氨基酸的偏愛選擇,使其具有更緊密的空間結(jié)構(gòu) [1]  。

底物專一性

GI 除了D-葡萄糖和D-木糖外， 還能以D-核糖、L-阿拉伯糖、L-鼠李糖、D-阿洛糖和脫氧葡萄糖以及葡萄糖C-3 、C-5 和C-6 的修飾衍生物為催化底物。但是GI 只能催化D-葡萄糖或D-木糖α-旋光異構(gòu)體的轉(zhuǎn)化， 而不能利用其β-旋光異構(gòu)體為底物。

最適pH和最適溫度

GI 的最適pH 通常微偏堿性， 在7.0 ～ 9.0 之間。在偏酸性的條件下，大多數(shù)種屬的GI 活力很低，GI 最適反應(yīng)溫度一般在70 ～ 80 ℃。

金屬離子的影響

GI 的活力及穩(wěn)定性跟二價金屬離子有重大關(guān)系，Mg2+ 、Co2+ 、Mn2+ 等對該酶有激活作用，Ca2 + 、Hg2 + 、Cu2+等則起抑制作用。金屬離子還影響GI 對不同底物的活性，如凝結(jié)芽孢桿菌GI 和Mn2+結(jié)合時對木糖的活性最高， 和Co2+結(jié)合時對葡萄糖的活性最高。

作用機理編輯

GI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。

烯二醇中間體催化機制

此催化機制首先提出底物是以開環(huán)方式與酶結(jié)合的。H54 作為堿性催化劑與底物C1 相互作用。底物O1 和O2 附近的水分子可能是起催化作用的酸，它使底物羰基極化從而促進烯二醇中間體的形成 [1]  。

負(fù)氫離子轉(zhuǎn)移機制

晶體學(xué)和酶動力學(xué)的證據(jù)表明，GI 是采用金屬離子介導(dǎo)的負(fù)氫離子轉(zhuǎn)移機制。關(guān)于負(fù)氫離子轉(zhuǎn)移中間體形式有兩種看法，一種是陽離子形式， 在異構(gòu)化過程中， Mg-2 極化底物C1 的羰基產(chǎn)生碳正離子， Mg-1 和K183 作為路易斯酸穩(wěn)定碳正離子，同時兩個金屬離子穩(wěn)定O2 的負(fù)電荷 。另一種是陰離子形式，提出與底物的O1 、O2和D257 的羧基形成氫鍵并與催化離子Mn2+配位的水分子，將質(zhì)子轉(zhuǎn)移給D257 的CO1 而自身形成OH-離子，此OH-離子奪取底物的質(zhì)子使其帶負(fù)電荷，其質(zhì)子轉(zhuǎn)移是由水分子氫氧根離子完成的 [1]  。

HFCS制備編輯

HFCS的工業(yè)化生產(chǎn)中的α－淀粉酶、β－糖苷酶價格相對較便宜，而GI生產(chǎn)成本較高，是生產(chǎn)HFCS最關(guān)鍵的一步，直接影響HFCS的產(chǎn)量和生產(chǎn)成本，因此GI的生產(chǎn)成本對HFCS的生產(chǎn)具有重要意義。目前報道的商業(yè)化產(chǎn)生菌的酶產(chǎn)量在1000～35000UL-1，因此，篩選更優(yōu)良的GI、改善GI的催化性能和工藝條件以提高轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)量是生產(chǎn)HFCS的重要發(fā)展趨勢 [5]  。如耐高溫GI、 耐酸性GI、對底物親和力提高的GI、對金屬離子依賴性改變的GI、對抑制劑不敏感的GI。

固定化編輯

為了增加GI應(yīng)用于催化反應(yīng)的批次，降低HFCS的生產(chǎn)成本，工業(yè)上一般采用固定化游離GI或產(chǎn)GI的微生物細(xì)胞的方法進行HFCS的生產(chǎn)。國外在GI固定化方面的研究較早，技術(shù)較成熟。20世紀(jì)70年代，通過交聯(lián)、吸附和包埋等固定化技術(shù)實現(xiàn)了6種GI的固定化，并商業(yè)化出售。如杰能科公司生產(chǎn)的IGI是通過聚乙烯亞胺戊二醛交聯(lián)GI產(chǎn)生菌的細(xì)胞，并添加無機載體膨潤土、硅藻土混合制得，固定化后的GI穩(wěn)定性極好，在60℃的填充床反應(yīng)器中的半衰期達到一年以上 [5]  。

國內(nèi)有關(guān)GI固定化的研究也較多，但穩(wěn)定性和酶活力方面仍低于國外水平。鄧輝等 [6]  采用殼聚糖絮凝和戊二醛交聯(lián)的方法，對表達生產(chǎn)褐色嗜熱裂孢菌GI的重組大腸桿菌進行固定化，使固定化的酶活力達到356U·

g-1，半衰期達到61天，基本滿足HFCS的工業(yè)生產(chǎn)要求。