近日，中國水產(chǎn)科學(xué)研究院黃海水產(chǎn)研究所海洋生物酶工程創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)在南極磷蝦來源木糖異構(gòu)酶開發(fā)利用方面取得了重要研究進(jìn)展。相關(guān)成果發(fā)表在生化與分子生物學(xué)領(lǐng)域國際著名期刊International Journal of Biological Macromolecules，并獲授權(quán)國家發(fā)明專利1項(xiàng)（專利號(hào)：ZL 2024 1 1513932.6）。

木糖異構(gòu)酶（Xylose isomerase）是生物質(zhì)轉(zhuǎn)化、稀有糖合成及高果糖漿生產(chǎn)中的關(guān)鍵酶，在食品、醫(yī)藥和生物能源等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。然而，目前大多數(shù)商業(yè)化木糖異構(gòu)酶來源于嗜熱微生物，其催化反應(yīng)通常需在70–95 ℃條件下進(jìn)行，不僅能耗高，還易產(chǎn)生美拉德反應(yīng)副產(chǎn)物，影響產(chǎn)品色澤與風(fēng)味。因此，開發(fā)兼具高催化性能與低溫適應(yīng)性的木糖異構(gòu)酶具有重要意義。

研究團(tuán)隊(duì)首次從南極磷蝦（Euphausia superba）中克隆獲得低溫高效木糖異構(gòu)酶（EsXLI）基因，并完成其異源表達(dá)、構(gòu)效分析與功能優(yōu)化。研究結(jié)果表明，EsXLI能夠高效催化D-木糖（D-xylose）轉(zhuǎn)化為D-木酮糖（D-xylulose）的異構(gòu)化反應(yīng)，其最適溫度為50 ℃、最適pH為7.0，并且在低溫條件下仍保持較高的催化活性與穩(wěn)定性。金屬離子測試顯示，Co2?、Mn2?和Mg2?可顯著提升酶活，而Ca2?、Ba2?則具有抑制作用。與多種已報(bào)道的木糖異構(gòu)酶相比，EsXLI在底物親和力（K_m）和催化效率（k_cat/K_m）方面均具有顯著優(yōu)勢。特別是D328A突變體將最適反應(yīng)溫度進(jìn)一步降低至40 ℃，顯著增強(qiáng)了低溫催化潛力。

該成果不僅豐富了極地生物酶資源庫，也為構(gòu)建節(jié)能、溫和條件下運(yùn)行的食品級(jí)生物催化體系提供了新思路。

黃海所2022級(jí)碩士研究生譚佳豪為該論文的第一作者，黃海所徐甲坤研究員為通訊作者。該研究得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等項(xiàng)目的資助。

原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0141813025073398