近日，我课题组在新型多功能糖苷水解酶结构域功能的阐明及其在利用海带粉高效制备寡糖中的应用研究中取得进展，撰写的“Elucidation of Domain Function of a Novel Multifunctional Glycoside Hydrolase and Its Use in Efficient Preparation of Oligosaccharides from Kelp Powder”发表在Journal of Agricultural and Food Chemistry。
本研究表征了一种新的多功能糖苷水解酶CelA，用于高效降解海带粉。结果表明，CelA显示出多种底物特异性，对纤维素（CMC-Na、β-葡聚糖）、褐藻胶和昆布多糖均有活性。其中，CelA在40℃和pH 7.0时对羧甲基纤维素钠和β-葡聚糖表现出最大活性，在50℃和pH 8.0时对褐藻胶和昆布多糖表现出最大活性。
通过TLC和ESI-MS进行进行作用模式分析，发现CelA采用内切方式降解产物，生成聚合度为2-5的寡糖。根据结构域分析，CelA包含三个催化域模块，我们进行了截短研究，截短体分别命名为GH5（Gln28−Asn327）模块、PL6（Trp332−Asn659）模块和∆CBM模块，我们对三个截短体进行了底物特异性和产物分析，它们都表现出糖苷水解酶和多糖裂解酶活性，与全酶CelA相似。同时，我们发现在以CMC-Na为底物时，截短体GH5和∆CBM生成了低聚合度的寡糖，但是降解产物中没有出现五糖。根据以往的研究，我们合理推测，截短体GH5和∆CBM可以通过转糖基化将五低聚糖转移到其他寡糖中。而在以昆布多糖为底物的降解产物分析中，我们发现单糖出现在GH5和∆CBM的初始降解阶段，并在6小时后消失，结果表明GH5和∆CBM通过转糖基化将单糖转化为二糖。
我们以来自P. megotara的GH5家族的内切葡聚糖酶（PDB:8C10）为模板构建了CelA的三维模型，并进行了对接分析，我们发现Glu163和Glu250在降解纤维素和昆布多糖中是必需的；而对于褐藻胶，氨基酸残基Asn376、Lys436、Arg464、Asp496和Asn551可结合褐藻胶，残基Tyr492和Lys529起催化作用。
最后，我们还研究了多功能糖苷水解酶CelA对海带粉的降解性能。将40 mL海带粉溶液（2.5%，w/v）与10 mL CelA溶液（∼0.4452 mg/mL）混合，然后在40 °C下孵育，24 h时，还原糖达到1.4 mg/mL。结果表明，CelA可以有效地将海带粉糖化成还原糖，其降解能力可保持48 h以上。具有广泛底物特异性的多功能酶可促进藻类生物质高效生物转化。因此，CelA在食品和饲料工业中具有强大的潜力，可作为将藻类生物质生物转化为增值产品低聚糖的催化剂。
本研究得到了国家自然科学基金面上项目(32372268)、中国博士后科学基金（2023M743532）以及江苏省高校青蓝工程优秀青年骨干教师项目资助。
