新型GH107家族耐热褐藻糖胶酶FcnA的高效降解机制及其在褐藻寡糖制备中的应用

本研究针对褐藻糖胶（fucoidan）因高分子量和结构复杂导致应用受限的问题，从GH107家族中鉴定并异源表达了一种新型耐热褐藻糖胶酶FcnA。该酶能特异性降解墨角藻（Fucus vesiculosus）来源的褐藻糖胶，最适条件为50°C/pH 6.0，活性达399.364 U/mg，且能在50°C保持80%以上稳定性。通过HPLC和ESI-MS证实其可将底物降解为单糖至四糖，为褐藻寡糖的绿色制备提供了新工具，相关成果发表于《International Journal of Biological Macromolecules》。

　　

褐藻作为海洋生物活性物质的重要来源，其细胞壁中的褐藻糖胶（fucoidan）因具有抗肿瘤、抗病毒等多重生理活性而备受关注。然而，这种由硫酸化岩藻糖（fucose）构成的多糖存在分子量高、溶解性差等问题，严重限制了其应用。相比之下，褐藻寡糖（fucoidan oligosaccharides）不仅保留了母体多糖的生物活性，还具有更好的溶解性和生物利用度。传统化学降解法会破坏硫酸基团——这一关键活性基团，而酶解法因其特异性成为理想选择。但目前已知的褐藻糖胶酶（fucoidanase）数量有限，特别是GH107家族18个成员中仅3个完成功能表征，制约了褐藻糖胶的结构解析与开发利用。

为解决这一瓶颈，中国研究人员从GH107家族中挖掘到新型褐藻糖胶酶FcnA。通过响应面法优化墨角藻（F. vesiculosus）多糖提取工艺（85°C, 2.9 h, 固液比1:75），获得27.05%的得率后，采用基因合成技术构建重组质粒，在E. coli中实现异源表达。结合酶动力学分析、HPLC和电喷雾电离质谱（ESI-MS）等技术，系统评估了该酶的理化特性与降解机制。

提取与参数优化
通过单因素实验结合响应面法确定最佳提取条件，使多糖得率较初始提升57.3%，验证实验与预测值误差仅1.07%，表明模型可靠性。

酶学性质表征
FcnA对墨角藻褐藻糖胶展现高度特异性，Km值1.0 mg/mL显示高亲和力，V_max达416.67 U/mg。在50°C/pH 6.0时活性最高，且在此温度下孵育1小时仍保留80%以上活性，这种中温稳定性（mesophilic tolerance）使其具备工业应用潜力。

产物分析
HPLC图谱显示酶解产物包含单糖至四糖的明确峰型，ESI-MS进一步证实存在m/z 243.1（单糖）、469.2（二糖）、695.3（三糖）和921.4（四糖）等特征离子峰，表明FcnA具有内切酶（endo-acting）特性，可随机切割α-(1→4)糖苷键。

该研究首次报道了GH107家族中兼具中温稳定性和高效降解能力的FcnA，其(β/α)₈-桶状结构域与保守催化残基（His/Asp）为理解褐藻糖胶酶进化提供了新依据。实践中，该酶为规模化生产结构明确的褐藻寡糖奠定了基础，有望推动功能性食品与药物开发。正如通讯作者Zhu Benwei在致谢中强调，这项成果为江苏高校"青蓝工程"优秀青年骨干教师计划提供了重要支撑，也为后续探索Ca²⁺结合位点与水解机制的关联指明了方向。