LIPASE: An Industrial Enzyme Through
Metagenomics
作者：B. K. Konwar, Kalpana Sagar
出版社：Apple Academic Press
索书号：Q556/K82/2018/Y
ISBN：9781771886185
藏书地点：武大外教中心
脂肪酶(lipase)是一类特异性催化三酰甘油水解的酶。从一百多年前首次被发现到三十年前大规模用于工业生产，脂肪酶已经成为研究最为透彻的酶类之一，在食品工业、石油化工、洗涤剂工业、手性药物合成等领域具有极为广泛的应用。
脂肪酶属于α/β水解酶超家族中的解酯酶家族。解酯酶家族 I 的绝大部分是脂肪酶，这一家族的成员在八个解酯酶家族中来源和种类均最为复杂，具有丰富的多样性。脂肪酶和解酯酶家族的其他成员(如酯酶) 具有相同的催化活性位点，即Ser、Asp 和His 构成的催化三联体，其中Ser 包含在保守的五肽基序[GA]-X-S-X-G内，这一位点也是脂肪酶不可逆性抑制剂的作用位点。五肽基序的上游还有一个H-G 二肽保守区构成的氧离子洞，其功能尚不明确。在某些脂肪酶H-G二肽上游10~40个氨基酸残基处，还存在相对保守的 SS 或SS+P 信号肽。除了这三个保守序列之外，不同来源的脂肪酶的相似性不高。
脂肪酶具有较高的底物特异性，包括脂肪酸特异性、区域特异性和立体特异性。也有某些脂肪酶不具备底物特异性，它们可以催化任意结构的甘油三酯，反应产物具有随机性。
绝大多数脂肪酶能在有机溶剂中稳定存在，并且在油水界面具有“界面活性”，即通过双相的油/水界面改变构象，完成非活性状态向活性状态的转变。许多可逆性抑制剂就是降低界面活性起到抑制作用。而通过生物印记的方法，能够提高脂肪酶的界面活性和催化稳定性，从而提高其催化效率。尽管脂肪酶活性的发挥一般不需要辅基，但有研究表明，二价阳离子的存在有助于活性的提高。
大多数脂肪酶的最适温度在25~35 ºC，最适pH 6.0~9.0。但是，很多工业生产过程不可避免高温，强酸或强碱等对发挥酶活不利的条件。因此，耐受极端条件的脂肪酶在工业上有大量需求，而从极端环境中筛选到的脂肪酶往往能够满足这些苛刻的条件。工业上最常用的耐热脂肪酶筛选自温泉沉积物，属中度耐热脂肪酶。目前也有从100 ºC 以上的极端环境中筛选到超耐热脂肪酶的报道。耐冷性脂肪酶的研究相对较少，往往从南极深海沉积物中分离得到。大多数细菌的脂肪酶都呈碱性或中性，而真菌脂肪酶最适pH在4.0~6.0。有些假单胞菌属(Pseudomonas)产的脂肪酶具有很宽的酸碱性耐受范围，能够满足工业上绝大多数酸碱性要求。脂肪酶在极端环境中的稳定性取决于其氨基酸组成比例和构象稳定性，以及某些辅基的作用，具体机制有待于进一步研究。
近年来，宏基因组学以其广泛的应用范围逐渐成为研究的热点。最常见的应用是对环境中的微生物类群进行多样性分析，主要步骤包括：(1)文库的构建；(2)16S rDNA的克隆；(3)下游分析，如DGGE(变性梯度凝胶电泳)、RFLP(限制性片段长度多态性)、RAPD(随机扩增多态性DNA)等。活性物质的筛选是另一重要的应用。目前，人们已经从宏基因组文库中筛选得到大量的活性物质，如抗生素、蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶等。常用的筛选方法包括基于活性的功能筛选和基于保守区的序列筛选：前者主要适用于酶类和抗生素等易于表现活性的物质，后者适用于所有具备保守区信息的序列。一种新型的筛选方法——底物诱导基因表达法(substrate induced gene expression, SIGEX)可以用于抗体基因和代谢产物的高效筛选，尽管技术上还不成熟，但这种高通量的筛选方法显示出了巨大的发展潜力。
环境宏基因组学作为一门新兴的学科，展示出强大的生命力，越来越多的科研人员将眼光投向宏基因组学的发展上，宏基因组学应用的重心也在从多样性分析逐步转移到活性物质筛选上来。与其同时，传统脂肪酶的应用领域也在不断扩大，工业生产上的要求亦逐步提高。资源含量极为丰富的环境宏基因组是我们获取高催化效率、高稳定性和高抗逆性脂肪酶的天然宝库，目前最为常用的筛选方法的仍然是传统的功能筛选，尽管有效率低下和异源表达困难的缺点，但众多新技术的引入使其逐渐符合高通量筛选的要求。与此同时，基于序列的筛选方法从另一途径弥补了序列筛选的不足，具有更为广阔的发展前景。另外，SIGEX 技术的逐渐成熟也将为基于宏基因组的脂肪酶的筛选提供一种选择。随着筛选技术的发展，我们完全有可能从宏基因组中筛选出特殊性质的脂肪酶，如耐热、耐酸、立体选择性等，它们将在各行各业中发挥巨大的经济价值。
《脂肪酶：从宏基因组学中挖掘出的一种工业酶》一书于2018年由Apple Academic Press出版社出版，作者是B. K. Konwar和Kalpana Sagar。微生物脂肪酶在工业上很重要，由于其稳定性、选择性和广泛的底物特异性而受到关注。脂肪酶被用作药物，它们也有助于治疗人体消化不良、胃灼热、对小麦制品中的麸质过敏(乳糜泻)、克罗恩病和囊性纤维化。本书综述了研究宏基因组的方法与脂肪酶基因片段的扩增并克隆到大肠杆菌，重组细菌的培养、提取和脂肪酶的评估。
本书作为研究脂肪酶的专业书记，内容专业详实，语言浅显易懂，除此之外还有以下特点：
1、本书介绍了脂肪酶的物理化学特性及其在不同行业中的具体应用；
2、本书对从土壤、海水、废物倾倒场、动物系统(包括人类)和大气中存在的大量微生物中纯化的脂肪酶进行了广泛的综述；
3、语言浅显易懂，对于初学者有很大的帮助。
本书目录
1. 前言
2. 脂肪酶的应用
3. 宏基因组学和无法培养的细菌
4. 分析宏基因组学
5. 宏基因组的脂肪酶
6. 宏基因组文库构建的功能方法
7. 重组蛋白的表达
8. 纯化脂肪酶的生化特性研究
9. 依赖培养基的细菌的基因组研究
10. 可培养细菌的基因组研究
11. 含粗脂肪酶培养上清液的微生物测定
12. 批判性的意见
兰天 武汉大学生命科学学院 博士研究生