半乳糖苷酶

特点

α-半乳糖苷酶（α-galactosidase，α-gal，EC 3.2.1.22）是催化α-半乳糖苷键水解的一种外切糖苷酶，因能分解蜜二糖，又称蜜二糖酶，它能催化α-半乳糖苷键的水解。这一特点使得它可用于改善和消除饲料及豆制食品中的抗营养成分。此外，它在医学领域中能实现B→O血型转变、制备通用型血，以及在法布里病的酶替代治疗中也发挥了重要作用。α-半乳糖苷酶还可作用于含α-半乳糖苷键的复合多糖、糖蛋白和鞘糖。某些α-半乳糖苷酶在底物浓度高度富集的情况下还具有转半乳糖基作用，利用这一特点可用于低聚糖的合成及制备环糊精衍生物。开发嗜中性或具pH 稳定性的α-半乳糖苷酶，寻找高产酶量的微生物或植物，成为近几年的研究热点。许多耐热α-半乳糖苷酶也因其特殊性逐渐引起了科学家们的广泛兴趣，期望利用其热稳定性在工业方面发挥更大的利用价值，以及在科技工艺和医药领域显示出更广阔的应用前景 [1]   。

来源与特性

α-半乳糖苷酶广泛存在于植物、微生物及动物中，属于糖苷水解酶第26和37家族。其中，第26家族的α-半乳糖苷酶只来源于真核生物，而第37家族的α-半乳糖苷酶则主要来源于原核生物。根据酶活和最适pH，α-半乳糖苷酶有酸性和碱性之分。对于植物来源的α-半乳糖苷酶的研究比较多，在植物种子、果实、叶子和块茎中都发现了该酶，且来源于种子和叶子的多是酸性α-半乳糖苷酶，属于糖苷水解酶第27家族。碱性α-半乳糖苷酶多具有合成酶作用，且属于糖苷水解酶第36家族。植物中研究的α-半乳糖苷酶有咖啡豆、无花果、豆芽、椰子、芋头块茎、黄瓜、葡萄、水稻、木瓜等；种子中有大豆、斑豆、蕃茄等；细菌中有链霉菌、脆弱芽孢杆菌、嗜热脂肪芽孢杆菌、发酵乳杆菌、嗜热丝袍菌、双歧杆菌等；真菌中有葡酒色被孢霉、根霉、产紫青霉、里氏木霉、烟曲霉、草酸青霉、寄生曲霉、黑曲霉、臭曲霉、分枝犁头霉、米曲霉等。在各种哺乳动物组织的匀浆中也存在α－半乳糖苷酶，人和鼠的甲状腺、*和*酶的活性*。随着分离纯化技术的发展，得到了越来越多的纯化酶，分子生物学的迅速发展也为α-半乳糖苷酶的研究开创了新的领域。通过基因工程技术，人们已经从动物器官、植物、细菌和真菌等生物体中克隆出许多α-半乳糖苷酶基因，许多α-半乳糖苷酶也因其耐热性而受到越来越多的关注。来源于布氏栖热菌的α-半乳糖苷酶能耐受的*温度达93 ℃；从嗜热脂肪芽孢杆菌分离纯化α-半乳糖苷酶的最适温度为65℃。已研究较多的是具有热稳定性的α-乳糖苷酶菌株和嗜热菌、耐热梭状芽孢杆菌等。这些从嗜热或耐热微生物中获得的热稳定α－半乳糖苷酶可解决其应用过程中存在的热不稳定性问题，对该酶的推广和使用具有重要意义 [1]   。

应用

α-半乳糖苷酶的催化作用是移除底物末端α-连接的非还原性D-半乳糖，或通过转糖基作用将半乳糖基团以α-1,6糖苷键转移到受体C6位的羟基上。含有这一类糖苷键的底物和受体在自然界中分布广泛，因此，α-半乳糖苷酶在工业、食品、医疗和科学研究中有着广泛的应用，被认为是最有应用潜力的酶制剂之一。

玉米—豆粕型饲料因具有粗蛋白质含量高、氨基酸含量平衡且富含赖氨酸等营养特点，是很好的蛋白质饲料来源。但豆粕及杂粕类饲料中α-半乳糖苷糖类含量相对较高，在饲料中是一种抗营养因子，简单的加工方法难以将其分解，且单胃动物不能分泌消化该类物质的酶，只有通过微生物发酵后才能利用寡聚糖，而产生的挥发性脂肪酸和各种气体均能使动物肠胃胀气、腹痛、腹泻、恶心和厌食等。另外，这些低聚糖还能刺激肠道蠕动、提高饲料通过消化道的速度、减少食糜在消化道停留的时间，从而影响营养物质的消化和吸收用棉籽糖类喂养老鼠，结果发现多数老鼠发生腹泻，同时还在排泄物中发现了棉籽糖的残留物，于是*提出了α-半乳糖苷的抗营养作用，之后进一步的研究相继证实这一结果。α-半乳糖苷被认为是动物摄入饲料之后引起肠道腹胀的主要因素；试验结果表明，豆科植物中α-半乳糖苷的量与肠道产氢量呈正相关，因此，分解去除饲料中的抗营养因子α－半乳糖苷显得尤为重要。在饲料中添加外源α-半乳糖苷酶制剂，可专一性的催化水解α-1，6糖苷键，使α-半乳糖苷分解得到低聚寡糖和单糖。研究结果表明，与未经处理的豆粕相比，用α-半乳糖苷酶处理后的豆粕饲喂鸡可使粪便中棉籽糖和水苏糖分别减少69%和54%，净代谢能和生长性能都有明显增加（P<0.05）；以α-半乳糖苷酶为主的复合酶添加于肉鸡玉米—豆粕型日粮中，结果发现饲料的效率提高了1%～10%，胴体产量提高了10%～20%，腹脂率降低了10%～20%，这表明α-半乳糖苷酶将抗营养因子消除之后，提高了营养物质分配效率；类胰岛素生长因子（IGF-I）分泌不受抑制，可节省蛋白质合成氨基酸，从而提高瘦肉率，降低饲料成本；在基础日粮中添加α-半乳糖苷酶，结果发现肉仔鸡的生长性能、能量和养分表观代谢率及消化酶的活性均有显著提高。

总之，α-半乳糖苷酶可有效降解饲料中存在的α-半乳糖苷等抗营养因子，降低食糜黏度，减少幼龄动物腹泻发病率；可摧毁植物细胞壁结构，促进细胞内营养物质释放，提高利用效率；节省蛋白质和合成氨基酸，提高瘦肉率；增强动物的免疫功能和抗病能力，减少饲料中抗生素的用量；减轻或避免消化器官代偿性增生和肥大，降低动物维持需要量，提高饲料能量效价；扩大饲料配方中原料使用种类，充分利用副产品等非常规饲料资源，降低配方成本等。

α-半乳糖苷酶还可用于糖类的合成。糖苷键的合成可以使用标准的化学合成方法，但通常需要一些繁琐复杂的保护与去保护步骤。由于酶的稳定性和低成本，通过酶法来合成显示出很好的前景，但其主要缺点是可选择性和产量都不高。α-半乳糖苷酶在造纸工业上也有一定应用。阿拉伯木聚糖和半乳葡聚甘露聚糖是软木中主要的半纤维素组分。α-半乳糖苷酶可以水解半纤维素类的半乳葡聚甘露聚糖，使α-半乳糖从其碳链骨架上分离下来。尽管单独使用α-半乳糖苷酶处理造纸加工过程中的软木纸浆对纸张的漂白无影响，但用木聚糖酶、甘露聚糖酶和α-半乳糖苷酶共同处理，则可以提高纸张的漂白效果。