Đa số các polysaccharide ngoại bào từ vi sinh vật đều là sản phẩm của sự chuyển hóa nội bào cơ chất thành các sản phẩm trung gian và cuối cùng tạo thành polime. Dextran khác các polysaccharide này, cơ chất không thâm nhập vào tế bào vi sinh vật mà nó chuyển hóa bên ngoài tế bào thành α- D-glucan phân nhánh, tức là Dextran. Chỉ có sacharose được dùng làm cơ chất cho phản ứng này.
Như vậy Polysaccharide có thể được sản xuất bởi các tế bào nguyên vẹn trong môi trường nuôi hoặc có thể tạo ra từ các chế phẩm phi tế bào chứa phức hệ enzyme Dextransaccharase (α-1,6- glucan:D-fructose 2-glucosyltranferrase). Enzyme này giải phóng Fructose và chuyển gốc Glucose lên một phân tử từ chất nhận cũng đã được liên kết với enzyme:
Cơ chế sinh tổng hợp các chuỗi dextran bởi dextransucrase. GF đại diện cho một sucrose phân tử bao gồm glucose (G) và fructose (F) phân tử. GG đại diện cho một liên kêt 1 - 6 glucoside.
Cơ chế này có thể được tóm tắt như sau:
1.Sự hình thành của các dẫn xuất glucosyl enzyme.
2. Cuộc tấn công của hydroxyl chính của phân cắt glycosyl về carbon anomeric để tạo thành một Disacarit.
3. Hình thành các dẫn xuất glucosyl mới tại vị trí trống. 4. Cuộc tấn công của hydroxyl chính thứ hai trên anomeric carbon của Disacarit để tạo thành một trisaccharide.
5. Lặp đi lặp lại các quá trình này. 6. Chấm dứt phản ứng
Cơ chế hoạt động của enzyme Dextransaccharase. X1, X2 là kí hiệu thay thế cho Enzyme hoạt động.
Enzyme giải phóng fructose ra khỏi sacccharose và kết hợp tạo phức với gốc glucose. Sau đó nhóm C-6-OH của một gốc phức khác kết hợp với C-1 và giải phóng X, kết quả là 2 gốc glucose liên kết lại với nhau bởi liên kết α-1,6 glucoside. Trong quá trình polyme hóa chuỗi Dextran đang dài ra vẫn liên kết chặt chẽ với enzyme, mức độ polyme hóa tăng cho đến khi phân tử chất nhận (trong trường hợp đơn giàn nhất là một phân tử cơ chất). Giải phóng chuỗi polyme khỏi enzyme.
Năng lượng tự do của liên kết glucoside trong phân tử Disaccharide nằm vào khoảng 23KJ trong khi năng lượng tự do của liên kết Glucoside bên trong Dextran thấp hơn một chút (12-17 KJ). Fructose có thể chuyển thành Acid Lactic, acid acetic, ethanol.
Đáng lưu ý là trong chuỗi phản ứng còn có sự xuất hiện của một chất cho H+ trong phản ứng giải phóng Fructose và nhận H+ trong phản ứng liên kết hai gốc Glucoside lại với nhau. Đó là hai nhóm imidazolium (C3H4N2) của Histidine rất cần thiết cho quá trình tổng hợp dextran.
Các loại đường khác ngoài saccharose (như la maltose) tham gia phản ứng tạo thành Oligosaccharide thay vì các dextran cao phân tử. Các gốc glucosyl còn sót lại trong quá trình tổng hợp dextran được chuyển thành các gốc tự do đóng vai trò như là chất nhân có ảnh hưởng đến phản ứng. trong tất cả các chất nhận thì maltose và Isomaltose được xem là có ảnh hưởng lớn nhất đến phản ứng. Các chất nhân này tương tác cùng hóa trị với phức Enzyme động. Đồng thời tao liên kết với glucose hay dextran ngay tại vị trí của enzyme.
Các phân tử thấp nhất của các oligosaccharide không phải là các phân tử chất nhận có hiệu quả. Ái lực đối với Enzyme tăng dần theo độ dài chuỗi. Tuy nhiên, sự hạn chế về độ khuếch tán cũng tăng theo trong lượng phân tử.
Dựa vào cơ chế này người ta có thể khống chế được độ dài mạch dextran trong quá trình sản xuất bằng cách điều khiển sự thủy phân của dextran để tạo các chất nhận.
Khi chất nhận là dextran cao phân tử, C-3 của dextran làm chất nhân kết hợp với C-1 của phức glucoside – enzyme hoặc dextranosyl- enzyme để giải phóng glucose hay dextran và hình thành một liên kết nhánh giữa dextran chất nhận và glucose hay dextran giải phóng tại vi trí của enzyme.
Phản ứng này tạo thánh liên kết nhánh cho mạch dextran dạng α(1,3) –glucosyl. Ngoài ra, vẫn có liên kết nhánh dạng α (1,2)- glucosyl nhưng rất ít gặp trong cấu trúc dextran.
Cơ chế này đã được mô phỏng với mô hình phân tử, chịu ảnh hưởng của đô tinh khiết của các enzyme chuẩn bị, hoạt động thấp của các enzym bị ràng buộc và thời gian ủ bệnh kéo dài với C-sucrose, các kết luận trước đó tuy nhiên đã được chứng minh là đúng . Ngoài ra người ta bằng cách sử dụng một cao tinh khiết dextransucrase từ Streptococcus sanguis , có thể để xác nhận rằng glucose được hình thành vào cuối giảm của chuỗi ngày càng tăng. Với kỹ thuật khớp nối của nó ,nó có thể giữ lại hơn 80% hoạt động enzim và các chuỗi xung 10-30 s đủ để có hiệu lực trùng hợp đáng kể.
Phức tạp hơn xung và theo đuổi các thí nghiệm đã được thực hiện với hai enzyme tinh khiết từ Streptococcus mutans. Kết quả một lần nữa phù hợp với cơ chế chèn.
