热门:为了让啤酒“更好喝”，科学家研究了一种“变态”耐热酶

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大麦、高粱等谷类植物是生产啤酒和饲料的重要原材料 这些谷类植物的胚乳细胞壁中含有丰富的β-葡聚糖 β-葡聚糖是许多葡萄糖单元串联连接的多糖，是植物细胞壁的主要成分之一 但是，在生产啤酒和饲料的过程中，这些大麦、高粱的β-葡聚糖有点麻烦了 例如制造麦芽或酿造啤酒时，如果原料中的β-葡聚糖不完全分解，麦芽汁的粘度就会增大，啤酒的过滤速度降低，同时在啤酒的贮藏中容易发生沉淀 另外，大麦、高粱等作为家畜饲料具有很高的营养价值，但其中存在的β-葡聚糖会增加动物肠道内的糜烂粘度，影响动物内源性消化酶与营养物质的接触，直接影响动物消化饲料的效率 我该怎么办科学家请拿出β-葡聚糖分解得很好的β-葡聚糖酶 特异性地切断β-葡聚糖中用于连接葡萄糖单元β-1、3或β-1、4键，可以产生3~5个葡萄糖单元的低聚糖和葡萄糖 现在工业生产中使用的β-葡聚糖酶一般是利用芽孢杆菌发酵生产的 这些β-葡聚糖酶的适用温度范围为30~60℃，最佳温度范围为50~55℃ 但是，啤酒和饲料的生产需要在高温( 70~80℃)下进行 这太糟糕了，这些β-葡聚糖酶制剂不耐热啊。 因此，科学家一直在寻找比以往的酶活性更高、能耐受严酷环境的高效β-葡聚糖酶 但是，不怕热的β-葡聚糖酶在哪里呢？ 我知道酶一般是由微生物生产的。 因此，高温环境下能生长的微生物可能会帮助我们。 caldicellulosiruptor spp .是一种能在达到75℃的极端环境下生长的嗜热细菌，以β-葡聚糖为食物，很有可能生产我们寻找的不怕热的β-葡聚糖酶 日前，中国科学院青岛生物能源与工艺研究所微生物资源队李福利研究员和代谢物组学队冯银刚研究员、模拟队姚礼山研究员和清华大学王新泉教授合作，从极端嗜热微生物中发现了新的β-葡聚糖酶。 特异性分解β-葡聚糖 最重要的是，新发现的酶的最佳温度达到80℃！ 另外，即使在70℃下作用1天，酶活性也可以保存一半 这些性能显示出非常高的工业应用价值 要知道新筛选的酶为什么能特异性分解β-葡聚糖，必须从多糖开始 淀粉、纤维素、β-葡聚糖等自然界中存在丰富的多糖 微生物要吃这些多糖，首先需要生产能够切断这些多糖的酶 因此，微生物为了生存必须进化出能够有效利用这些多糖的酶 在本研究中，新筛选的酶可以切断β-葡聚糖中的β1、3键和β1、4键两者，但只能切断以往传来的β-葡聚糖中的β1、4键(图1 ) 那么，这种酶是如何区分哪个是β-葡聚糖，哪个是纤维素还是淀粉的呢？ 自然界总是存在魔法，新筛选的酶进化出特殊的口袋状沟，科学家也被称为基质结合袋 该口袋与以往传递的酶大不相同，新型β-葡聚糖酶的基质结合口袋有急剧的角度，它同样可以容纳具有弯曲结构的β-葡聚糖基质(图2 )，发挥着最佳的分解功能。 像过山车一样，基质β-葡聚糖是一条弯曲的轨道，新筛选的酶正好是卡在这条轨道上运行的列车 如果把新的β-葡聚糖酶比作火车，在这个酶基质上结合口袋里的盐结合就像固定列车车轮的轴一样，在高温环境下酶不会变形 图1β-葡聚糖酶切断β-葡聚糖的糖苷结合切断位置(蓝色箭头) 黑色箭头指通常的16家族酶键的切断方法 图2失活突变体f32eg5-e193q与纤维低聚糖基质的共晶 科学家们明确了在微生物进化的过程中，酶蛋白利用多种多样的植物细胞壁多糖，进化出特异精巧的活性反应中心，完成分解利用多糖的使命。 新β-葡聚糖酶可以在工业环境下在β-葡聚糖基质上顺利地移动，而且，将β-葡聚糖切断成可溶性更好的低聚糖，降低麦芽汁和动物肠道内的乳糜粘度 而且，该列车的“车轴”可以防止该酶在70-80℃的环境中分散 该结果为工业生产所需β-葡聚糖酶的筛选和改造提供了指导，例如，在抗热的酶上也安装了“车轴” 这项事业已经在经典生化杂志biochemical journal上发表，本研究得到了科技部973计划、国家自然科学基金、山东省自然科学优秀青年基金、山东省要点研究开发计划等的支持。 资料来源:中国科学院青岛生物能源工艺研究所(原标题:为了“更美味”啤酒，科学家研究了“变态”耐热酶)(本文从澎湃信息下载越来越多的原始信息是“澎湃信息”app。