大蒜果聚糖合成酶的结构与其合成高果聚糖规律的研究

The production and consumption of garlic in China is largest in the world.Garlic fructan (GF) is the main storage substance in garlic. Proven garlic fructan bio-synthetase (GFBE) is the key to the synthesis and stability of GF and the production of fructan of high polymer degree. There is no reports on GFBE. This project aims to investigate the basic scientific problems on GFBE molecular structure,zymologic characterization.Based on the main culture of garlic, pure GFBE will be obtain by affinity chromatography, electrophoresis and the like. The pramarey and high molecular structure and catalytic mechanism for GFBE will be investigated by biological mass spectrometry, nuclear magnetic resonance, atomic force microscopy.The result of the crossing project on food, biochemistry will to benefic to the zymology, saccharide metabolism, biological technology theory,production of high-quality GF, improvement of storage,garlic germplasm garlic practice and so on.

我国是世界上最大的大蒜生产与消费国。大蒜果聚糖（GF）是大蒜的主要贮存物质，占大蒜干重的70％以上。探明大蒜果聚糖合成酶(GFBE)是控制GF合成、稳定GF精深加工产品质量、及体外合成高果聚糖等的关键。国外尚未见GFBH的报道。我们推测：GFBE在常温、常压、环境友好等条件下合成高果聚糖应有规律性反应。本项目拟研究GFBE分子结构、酶学特征等基础科学问题，并证实上述推测。以我国主栽大蒜品种为试材，采用亲和层析、中压凝胶制备层析、双向电泳等多种分离纯化技术获得GFBE纯品，再用生物质谱、核磁共振、原子力显微镜、园二色谱等技术研究GFBE的一级结构和高级结构，并研究该酶的催化机理、活力中心等酶学特征及其体外合成高果聚糖反应的规律。本研究是食品、生物化学、分子生物学等学科的交叉研究；对丰富和拓展酶学、糖代谢、分子生物学，对于体外定向合成多糖、大蒜产业的高效持续健康发展质等实践均有重要意义。

我国是最大的大蒜栽培与消费国家。大蒜果聚糖约占大蒜干重的80%，既是大蒜重要的营养贮存物质、也是大蒜抗旱、抗寒、具有益生元等优良生物性状与生物活性的基础。但其聚合度、稳定性、粘度等生物活性和食品加工性状，与其所含有的大蒜果聚糖合成酶有直接或间接的重要作用。. 本项目旨在研究大蒜果聚糖合成酶的结构与其合成高果聚糖规律。采用硫酸铵分级沉淀获得了1-SST粗酶、采用DEAE离子交换柱分离到了1-FFT、采用Con A Seperrose 4B分离到了电泳纯的6-GFT三种类型的大蒜果聚糖合成酶。1-SST的最适反应温度为35℃，当温度>40℃，酶活力快速下降，表明其热稳定性差，其最适反应pH 为5.0；在蔗糖浓度为100-600 mg/mL内，酶活力随着底物质量浓度的增加而提高，而当底物浓度超过500 mg/mL 时，酶活力增加的幅度减少而趋于平缓，米氏常数Km 为104 mmol/L；Na+、Cl-离子强度越高，其活性越低。大蒜1-FFT 主要存在于40%～50%硫酸铵部分; 其最适pH 为6.0，在pH 5.5～6.5 条件下1 h 内保持稳定; 最适温度为25 ℃，在15～25 ℃条件下1 h 内可保持稳定; 低浓度Mn2+、Mg2+、Fe3+ 促进1-FFT 活力，Cu2+、Zn2+、Ag+ 抑制1-FFT 活力; 1-FFT 活力随底物浓度升高而增大，其米氏常数Km = 0.6977 mol /L，最大反应速率Vmax = 116.23 μg /h。6G-FFT是一种约120 kDa左右的二聚体糖蛋白；在pH6.0和25°C时酶活性最佳；热稳定性差；Mn2+、Mg2+、Fe3+ 对其活性影响不大，但Cu2+、Zn2+、Ag+ 抑制其活性。6G-FFT是一种具有转移酶和水解酶活性的双功能酶.转移酶活性不符合Michaelis-Menten动力学，其Hill系数(2.1±0.3)表明其底物在酶中的多个结合位点具有正协同性。水解酶活性与转移酶的Vmax和Km相似。.. 这些研究结果，有助于大蒜代谢调控、提高保鲜质量、加工高附加值大蒜加工品。