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可再生资源纤维素酶的研究进展

2017-10-23 4页 doc 14KB 27阅读

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可再生资源纤维素酶的研究进展可再生资源纤维素酶的研究进展 【摘要】 纤维素酶是一类能够水解纤维素的β-D-糖苷键生成葡萄糖的多组分酶的总称。传统上将其分为3类:内切葡聚糖酶、外切葡聚糖酶和β-葡萄糖苷酶。纤维素酶属于糖苷水解酶类,本文综述了纤维素酶分子结构,降解纤维素的机制,总结了纤维素酶近年来的主要进展与研究趋势。 【关键词】 纤维素酶; 结构;进展 纤维素类物质是自然界中最廉价、最丰富的一类可再生资源。如果将天然纤维素降解为可利用的糖类物质,再进一步转化为乙醇、菌体蛋白、气体燃料等物质,对解决当今世界所面临的环境污染、资源紧张和能源危机等问题具...
可再生资源纤维素酶的研究进展
可再生资源纤维素酶的研究进展 【摘要】 纤维素酶是一类能够水解纤维素的β-D-糖苷键生成葡萄糖的多组分酶的总称。传统上将其分为3类:内切葡聚糖酶、外切葡聚糖酶和β-葡萄糖苷酶。纤维素酶属于糖苷水解酶类,本文综述了纤维素酶分子结构,降解纤维素的机制,了纤维素酶近年来的主要进展与研究趋势。 【关键词】 纤维素酶; 结构;进展 纤维素类物质是自然界中最廉价、最丰富的一类可再生资源。如果将天然纤维素降解为可利用的糖类物质,再进一步转化为乙醇、菌体蛋白、气体燃料等物质,对解决当今世界所面临的环境污染、资源紧张和能源危机等问题具有重大现实意义。而降解纤维素效果最好的是纤维素酶。它是一类能够将纤维素降解为葡萄糖的多组分酶系的总称,它们协同作用,将纤维素降解为寡糖和纤维二糖,最终水解为葡萄糖。 1 纤维素酶的来源 纤维素酶的来源很广泛,真菌、细菌、放线菌等均有能产生纤维素酶的报道。目前国内外最主要的是利用真菌来发酵产纤维素酶。目前,绿色木霉和黑曲霉被公认是产纤维素酶最稳定和无毒安全的菌种,对研究纤维素酶的性质以及分离纯化等都比较方便。 2 纤维素酶的种类及降解机理 习惯上将纤维素酶分成三种主要成分:(1)外切型葡聚糖酶:(C1酶, ) ; (2)内切型葡聚糖(Cx酶);( 3)β - 葡聚糖苷酶( 纤维二糖酶)。 C1酶主要作用于不溶性纤维表面,使纤维素结晶链开裂,长链纤维素分子末端部分游离和暴露,使纤维素易于水化,经C1酶作用后的纤维素分子结晶结构被破坏,Cx酶即吸附在纤维素分子上面,从键的内部任意位置切开β - 1, 4 - 糖苷键,将纤维素分子断裂为纤维二糖和纤维三糖等。最后这些被裂解产物由β - 葡聚糖苷酶分解为葡萄糖。 2.1 纤维素酶对纤维素分子的吸附作用 纤维素酶对纤维素的降解是从吸附于纤维素分子开始的,纤维素酶的吸附不仅与酶本身性质有关,也与底物的特性有密切相关,而吸附过程是否可逆视具体酶的种类而定。此外,纤维素酶的吸附机制并未弄清,仍需做进一步研究 。 2.2 纤维素酶中单个组分的作用机制 纤维素酶的断键机理与溶菌酶一样,遵循双置换机制。两个色氨酸参与基质结合,而处在与将被裂解的键相邻的一个非离子化谷氨酸残基参与催化作用。这些残基被非极性的侧链基团围绕,以促进质子转移。 2.3 纤维素酶的协同降解作用 纤维素酶三种酶组分的协同作用如上所述,即外切酶作用于不溶性纤维素表面,使纤维素结晶链开裂,长链纤维素分子末端部分游离和暴露,纤维素易于水化;内切酶则作用于经C1酶活化了的纤维素分子,分解其β -1,4- 键,产生纤维二糖和纤维三糖等短链低聚糖;β - 葡聚糖苷酶再将这些短链低聚糖分解成葡萄糖.。然而,该协同作用中的各种酶的作用顺序并不是固定不变的。 3 纤维素酶的结构 国内外大量的研究认为,纤维素酶分子普遍具有类似的结构,由球状的纤维素催化结构域(Catalyticdomains, CD),纤维素结合结构域( Cellulose - Binding Dom sins, CBD)和连接桥(Linker)三部分组成。不同来源的纤维素酶尽管具有不同的分子量,但是其催化区域CD的大小却基本一致;纤维素酶的结合结构域CBD主要可维持酶分子的构象稳定性,调节酶对可溶性和非可溶性底物的结合专一性。连接桥Linker可保持CD和CBD之间的距离,有助于不同酶分子间形成较为稳定的聚集体。 在对CD的研究中,研究者们为了确定纤维素酶中哪个氨基酸是酶催化的必需氨基酸, 用定点突变的技术,在已知的核苷酸序列中准确地诱变密码子中的一个或数个碱基,改变组成酶的一个或数个氨基酸残基,从而确定功能性氨基酸基团。目前国内外的研究主要对纤维素酶所属的第5,7,9等族纤维素酶。而对于其它族的研究,还有待进一步研究。 4 纤维素酶的制备 对纤维素酶的制备一般采用微生物发酵。发酵方法可分为固体发酵法和液体深层发酵法两种。而采用何种发酵法取决于具体情况,如随着现在实验室的快速发展,很多研究机构采用发酵柜来发酵产酶,使我们在有限的空间里用较少的成本便可以达到产酶的目的。 5 纤维素酶的应用 目前纤维素酶的应用还主要集中在微生物纤维素酶的应用上。现在已被广泛地应用于食品、酿酒、饲料加工、纺织、洗衣、农业等多个领域中。 啤酒和葡萄酒的酿造工艺具有十分悠久的历史。在低质量大麦的发芽过程中加入纤维素酶可水解β-1,3-和β-1,4-葡聚糖,从而帮助大麦发芽,提高啤酒的过滤效率,并能增加葡萄酒的香味。 此外,纤维素酶也已被用在造纸、植物和真菌原生质体的制备以及农业生产中。 总之,纤维素酶是目前糖苷酶类中惟一尚有大量亟待解决问题的酶,也是有着巨大工业和市场潜力的酶。进一步阐明纤维素酶的结构与功能,研究纤维素酶的基因表达与调控的关系;针对不同工业需要研制不同组分比例的纤维素酶;高纤维素酶水解天然纤维素的比活力;开发适应不同温度(低温或高温纤维素酶)的纤维素酶是当前纤维素酶的主要研究趋势。 参考文献 [1]王靖,刘洁丽.木质纤维素降解菌及其降解途径研究进展[J].生物产业技术,2008,(3):87―90( [2] 段金柱,曹谈君. 固体发酵与液体发酵生产纤维素酶产率与催化性能比较[J].粮食与饲料工业, 2000, 3: 24 - 26.
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