本文将讲述有关1，6-脱水-β-D-葡萄糖的生物转化途径研究，为有关1，6-脱水-β-D-葡萄糖的研究提供了重要依据。
简述：1，6-脱水-β-D-葡萄糖，英文名称：1，6-Anhydro-β-D-glucose，CAS：498-07-7，分子式：C6H10O5，密度：1.688g/cm3。1，6-脱水-β-D-葡萄糖是一种有机化合物，具有六碳环结构，是由碳水化合物（如淀粉和纤维素）的热解形成的。因此，1，6-脱水-β-D-葡萄糖经常被用作大气化学研究中生物质燃烧的化学示踪剂，特别是与空气悬浮颗粒物有关。
生物转化途径研究：
相较于天然碳源如葡萄糖、蔗糖和果糖，左旋葡聚糖(1，6-脱水-β-D-葡萄糖)在自然界中较为稀少，然而作为生物质燃烧释放的碳组分，其储量却非常丰富。因此，1，6-脱水-β-D-葡萄糖被视为一种潜力巨大的待开发发酵碳源和能源。1，6-脱水-β-D-葡萄糖可直接被微生物代谢，或者经过弱酸水解生成葡萄糖后再被微生物代谢。就目前研究现状来看，1，6-脱水-β-D-葡萄糖的生物利用途径有3条:(1) 酸水解为葡萄糖后用于微生物发酵；(2)经左旋葡聚糖激酶(Levoglucosan kinase，LGK)转化为葡萄糖-6-磷酸，进入糖酵解途径；(3)左旋葡聚糖脱氢酶(Levoglucosan dehydrogenase，LGDH)途径，即通过一个依赖烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)的脱氢酶催化将1，6-脱水-β-D-葡萄糖 转化为3-酮-左旋葡聚糖，进而经过3-酮-左旋葡聚糖，3-酮-葡萄糖，最终生成D-葡萄糖。其中途径(1)为1，6-脱水-β-D-葡萄糖的间接生物转化，途径(2)、(3)为 1，6-脱水-β-D-葡萄糖的直接生物转化。下面是对这三种途径的举例说明。
1. 1，6-脱水-β-D-葡萄糖的间接生物转化
Lian等人对生物质热解所产生的脱水糖进行水解得到葡萄糖，并将其用于酵母菌发酵产生乙醇和油脂。Helle等人研究了从生物质热解油中提取左旋葡聚糖(1，6-脱水-β-D-葡萄糖)并将其水解为葡萄糖的整个过程。如下图所示，首先通过溶剂萃取分离热解糖和酚类化合物，然后利用硫酸催化将1，6-脱水-β-D-葡萄糖水解为葡萄糖。毒理学研究表明，抑制酵母菌生长的主要原因是酚类化合物和酸。因此，采用氢氧化钡中和硫酸和生物油中产生的羧酸，并将糖浓缩液经过活性炭脱毒处理。最后，利用酵母菌对富含葡萄糖的水溶液进行发酵。
2. 1，6-脱水-β-D-葡萄糖的直接生物转化
（1）LGK途径
在酵母菌和丝状真菌中，在 LGK的催化作用下，1，6-脱水-β-D-葡萄糖的1，6-酐键断裂，同时在镁离子和三磷酸腺苷(ATP)的存在下被LGK 磷酸化，转化为葡萄糖-6-磷酸(如下图式所示)。葡萄糖-6-磷酸可转入三羧酸循环 (TCA)中，从而完全利用1，6-脱水-β-D-葡萄糖。显然，在真菌中 1，6-脱水-β-D-葡萄糖的一步直接生物转化非常吸引人。原本推测LGK会是一个对1，6-脱水-β-D-葡萄糖有亲和力的选择性功能蛋白，然而所有鉴别出的LGK对1，6-脱水-β-D-葡萄糖 的亲和力都很低，米氏常数(Km)高达48～102 mmol/L 。这严重阻碍了1，6-脱水-β-D-葡萄糖的直接转化。Bacik等研究了LGK的晶体结构，结果显示，其结构中包含两个金属结合位点和一个1，6-脱水-β-D-葡萄糖 替换位点。这种不寻常的1，6-脱水-β-D-葡萄糖结合方式造成 LGK对1，6-脱水-β-D-葡萄糖的结合力降低，需要进一步的酶改造来提高对1，6-脱水-β-D-葡萄糖的结合力。
（2）LGDH途径
Nakahara等人从土壤中分离出一株能够直接利用左旋葡聚糖(1，6-脱水-β-D-葡萄糖)的细菌，该细菌属于节细菌属Arthrobacter，暂命名为Arthrobacter sp. 1-552。这株细菌体内含有LGDH，能够催化1，6-脱水-β-D-葡萄糖脱氢生成3-酮-左旋葡聚糖，随后3-酮-左旋葡聚糖转化为3-酮-葡萄糖，最终生成D-葡萄糖。通过纯化和鉴定该酶，验证了葡萄糖生成途径。这一途径与酵母和真菌中左旋葡聚糖转化的途径不同。
参考文献：
[1]李文惠，武红丽，黄婷等.左旋葡聚糖的制备与在生物技术领域的应用[J].化学通报，2017，80(03):251-259.DOI:10.14159/j.cnki.0441-3776.2017.03.006.
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