食用菌半纤维素酶系研究进展

半纤维素是一类取之不尽而又亟待开发利用的碳水化合物。对食用菌半纤维素酶系的研究已经积累了诸多资料,主要包括β-1,4-内切木聚糖酶、β-木糖苷酶、α-阿拉伯呋喃糖苷酶、乙酰木聚糖酯酶、α-葡萄糖醛酸酶的研究。主要对半纤维素酶系,尤其是木聚糖酶的生物化学与分子生物学研究进行了简要概括,包括结构、酶学性质、基因的克隆与表达等,并综述了在食用菌生产中半纤维素酶活性的变化,最后展望了食用菌半纤维素酶系今后的主要研究方向。     

同步分泌高效纤维素酶和木聚糖酶菌株YB的鉴定及其酶学性质研究

筛选和鉴定可降解木质纤维素的真菌,并研究其产酶特征。采用刚果红平板涂布法,从荔枝腐叶中筛选具有木质纤维素降解能力的真菌,结合ITS-rDNA序列分析进行鉴定,初步测定其产酶条件,然后采用DEAE Sepharose Fast Flow阴离子交换层析与Sephadex G-100凝胶层析对硫酸铵沉淀的粗酶液进行分离纯化,对其开展酶学性质研究。结果显示,筛选出一株可降解木质纤维素降解的菌株YB,鉴定为绿木霉(Trichoderma virens)。在发酵过程中,纤维素酶和木聚糖酶的最大活力分别为313.53±26.78 U/mL和18 120.87±500.37 U/mL。分离纯化得到纤维素酶(CMC酶)Ⅰb、Ⅳ和木聚糖酶Ⅰa;通过SDS-PAGE检测,其分子量分别为58.5 kD、22.8 kD和44.5 kD。3种酶的最适酶促反应条件均为:50℃,pH 5.0。其中,木聚糖酶能有效降解玉米芯木聚糖为木糖和多种木寡糖。菌株Trichoderma virens YB可分泌高效木质纤维素降解酶,具有应用于木聚糖酶和木寡糖生产的潜力。     

微生物木聚糖降解酶研究进展及应用前景

木聚糖是植物半纤维素的主要成分,它是除纤维素外,自然界中最为丰富的多糖。木聚糖的基本结构单元是由β－１．４或β－１．３糖苷键连接的多聚木糖链,在Ｄ－木糖的第二位氧上连接有Ｄ－葡萄糖醛酸或４－Ｏ－甲基葡萄糖醛酸或在第三位氧上连接有Ｌ－阿拉伯呋喃糖。有些木聚糖还在第二或第三位氧上发生乙酰化。不同来源的木聚糖在结构上有一定差异。木聚糖酶是一类木聚糖降解酶系（表１）,对降解自然界大量存在的半纤维素起着重要作用。它们不但可以降解木聚糖生成木糖,而且能以农作物残渣中的半纤维素为原料生产经济价值较高的产品。由…     

Acremonium纤维素酶在玉米芯糖化中的应用

玉米芯作为一种木质纤维素类农业废弃物,同时也是生产生物乙醇的潜在原料。在玉米芯糖化过程中,纤维素酶的作用是十分关键的。本研究比较了里氏木霉纤维素酶、绿色木霉纤维素酶和Acremonium纤维素酶各相关酶活。其中Acremonium纤维素酶的滤纸酶活约是里氏木霉纤维素酶的6倍,是绿色木霉纤维素酶的8倍。其羧甲基纤维素酶活和绿色木霉纤维素酶基本相等。Acremonium纤维素酶的β-葡萄糖苷酶酶活是里氏木霉纤维素酶的38倍,以及绿色木霉纤维素酶的41倍。而Acremonium纤维素酶的木聚糖酶活只相当于绿色木霉纤维素酶的70%。这说明Acremonium纤维素酶降解纤维素的能力可能强于另两种纤维素酶,而降解半纤维素类物质的能力要弱于绿色木霉纤维素酶。在玉米芯糖化实验中,使用Acremonium纤维素酶的糖化液中产生的最高葡萄糖浓度比里氏木霉纤维素酶的高14%,比绿色木霉纤维素酶的高58%。Acremonium纤维素酶用量在10 FPU/g时,反应16 h就基本可以达到最佳效果,而另两种酶用量则需达到30 FPU/g,反应48h才能达到最佳效果。使用Acremonium纤维素酶的糖化液中产生的最高木糖浓度与里氏木霉纤维素酶相等,比绿色木霉纤维素酶低42%。而同时使用Acremonium纤维素酶及绿色木霉纤维素酶时,其糖化液中最高木糖浓度有所提高,比绿色木霉纤维素酶的高31%。Acremonium纤维素酶可以有效地应用于玉米芯糖化,为玉米芯的资源化提供一种可能的方案。     

β-木糖苷酶的生物活性物质转化功能研究进展

β-木糖苷酶是木聚糖酶酶系的一种酶,其功能主要是降解半纤维素中最常见及含量最高的组分——木聚糖。近些年,研究人员发现一些微生物来源的β-木糖苷酶具有生物活性物质转化功能,可通过转糖基作用形成带有木糖基的生物活性物质,也可通过水解作用将带有木糖基的物质,如三七皂苷R1和R2、黄芪甲苷IV (astragaloside IV,ASI)、7-木糖-10-去乙酰紫杉醇(7-xylosyl-10-deacetyltaxol,XDT)和花青素转化为生物活性物质,因此,这些β-木糖苷酶在食品和医药等领域具有巨大的潜在应用价值。此外,研究人员揭示了β-木糖苷酶在生物活性物质转化功能方面的一些机制。本文主要介绍了β-木糖苷酶的生物活性物质转化功能、酶来源、家族分类、转化机制及应用,以期为β-木糖苷酶的进一步开发利用提供参考。     

里氏木霉产纤维素酶研究进展

木质纤维素类生物质被认为是重要且可持续的可再生能源,其主要组成部分是纤维素。纤维素酶是一种能将纤维素分解为葡萄糖的复合酶,能有效地降解木质纤维素生物质。真菌、细菌、放线菌、酵母等多种微生物均可以产生纤维素酶,其中里氏木霉具有完整的纤维素酶系结构,常作为生物技术领域中一个重要菌株,广泛应用于纤维素酶的商业生产。介绍了纤维素酶的作用机理,综述了里氏木霉产纤维素酶的发展现状和研究进展,讨论了生产工艺(如培养条件及产酶诱导物等)对纤维素酶生产的影响,阐述了通过化学诱变及基因改造构建高产纤维素酶的里氏木霉的研究进展以及纤维素酶生产的主要瓶颈,以提供更经济的生产方案,将纤维素酶广泛应用于工业生产。     

东方肉座菌EU7-22木聚糖酶和木糖苷酶基因克隆及生物信息学研究

东方肉座菌EU7-22具有高产半纤维素酶的能力。根据已报道的同属里氏木霉及绿色木霉木聚糖酶,木糖苷酶相关基因序列,设计PCR引物扩增出东方肉座菌内切木聚糖酶(XYNⅠ,XYNⅡ)及β-木糖苷酶(β-BXL)基因。序列经NCBIBlast分析:东方肉座菌xynⅠ基因与里氏木霉xyn1基因(X69573.1)的同源性最高达到91%;xynⅡ基因与绿色木霉xyn2基因(EF079061)同源性最高达到93%;β-bxl基因与里氏木霉β-bxl1基因(Z69257.1)的同源性最高达到94%。生物信息学分析表明内切木聚糖酶Ⅰ和Ⅱ均属于糖基水解酶家族11,N末端前19个氨基酸均为信号肽。内切木聚糖酶Ⅰ分子量为24.13kD,等电点为7.87,含有3个糖基化位点;内切木聚糖酶Ⅱ分子量为24.44kD,等电点为4.86,含有1个糖基化位点;β-木糖苷酶属于糖基水解酶家族3,分子量为87.27kD,等电点为5.49,N末端前20个氨基酸为信号肽,含有8个糖基化位点。利用SWISS-Model对木聚糖酶,木糖苷酶蛋白质三级结构进行了预测和模拟。对木聚糖酶和木糖苷酶基因及其编码蛋白质的生物信息学分析,为进一步研究这些基因的表达与调控、构建高效利用纤维素组份的工程菌株奠定基础。     

纤维素酶在生物质转化中的应用研究进展

纤维素酶是木质纤维素转化的重要酶系,主要是由内切β-1,4-葡聚糖酶、外切β-1,4-葡聚糖酶和β-葡萄糖苷酶组成,水解不同位置的糖苷键从而形成葡萄糖。本文总结了纤维素酶近几年来的研究开发与应用研究进展,包含产酶菌和菌种选育、辅助蛋白,介绍了纤维素酶来源和组成、纤维素酶工业化生产的最新研究进展以及纤维素酶在生物质转化方面的应用,纤维素酶在1.5代、2代纤维素燃料乙醇及生物质制气中都有重要的应用。     

微生物发酵产木聚糖酶研究进展

木聚糖是植物半纤维素的主要成分,是自然界中仅次于纤维素的可再生资源。木聚糖酶是一类重要的木糖苷键水解酶酶系,可将木聚糖逐次降解为低聚木糖及木糖,在饲料、造纸、食品和生物转化等行业应用广泛。目前利用微生物发酵生产木聚糖酶的研究很多,菌种涉及到细菌、真菌等,其发酵生产木聚糖酶的工艺、产量及特性也各有不同,对此进行了综述,并展望了木聚糖酶发酵生产的研究方向。     

青霉生产木质纤维素降解酶系的研究进展

木质纤维素降解酶系的高效生产是实现植物生物质大规模生物炼制的重要支撑。就地生产木质纤维素降解酶,有助于降低其使用成本,提高技术经济效益。青霉是自然界常见的木质纤维素降解真菌,可以合成分泌种类多样、组分齐全的木质纤维素降解酶系,已被应用于纤维素酶制剂的工业生产。文中从就地生产降解酶,为木质纤维素生物炼制构建“糖平台”的角度,综述了青霉木质纤维素降解酶系的性质、菌株遗传改造及发酵工艺的研究进展。     

白蚁及其共生菌来源的4种木质纤维素酶的共表达

天然的木质纤维素材料含有纤维素、半纤维素和木质素等成分。降解天然木质纤维素底物时,需要木质纤维素酶共同作用。近年在木质纤维素酶的相互协同作用方面的研究引起人们的关注,成为一个新的研究热点,文中使用两个不同的共表达载体pETDuet-1和pRSFDuet-1,在大肠杆菌中共表达了白蚁及其肠道微生物来源的β-葡萄糖苷酶、内切β-1,4-葡聚糖酶、漆酶和木聚糖酶这4种木质纤维素酶,经过SDS-PAGE分析得到了与理论值一致的蛋白条带,同时经过酶活验证,这4种蛋白都具有酶活性。以磷酸处理的微晶纤维素(PASC)为底物,测定了共表达酶粗酶液与单独表达酶混合液的协同作用因子,从还原糖的产量上经计算共表达的粗酶液比单独表达酶的混合液对PASC的降解协同作用提高44%;以滤纸和磷酸处理的玉米芯为底物,测定降解协同作用,分别提高了34%和20%。结果表明,共表达酶的降解效率要高于混合的单组分酶液降解效率的总和。     

木聚糖降解酶系基因代谢调控研究进展

木聚糖是半纤维素的主要组成部分,是一类数量很大的再生生物资源,工业利用前景广阔。木聚糖降解需要多种酶的参与,主要有木聚糖酶、木糖苷酶、α-葡萄糖醛酸酶、乙酰木聚糖酯酶、阿拉伯糖酶、阿魏酸酯酶、p-香豆酸酯酶等。主要综述了木聚糖降解酶系基因代谢调控的研究进展,主要包括转录激活因子XlnR、抑制蛋白CreA、不同诱导物、pH值、HAP-CCAAT复合物等对木聚糖降解酶系基因表达的影响,最后探讨了木聚糖降解酶系基因代谢调控存在的问题,并对今后的研究进行了展望。     

不同地区森林土壤降解天然木质纤维素能力的分析评价

目的:分析不同地区森林土壤样品的木质纤维素分解能力,为分离和挖掘新的土壤木质纤维素分解酶系及微生物奠定基础.方法:测定来源于不同气候类型和植被的土壤样品的纤维素酶和木聚糖酶活性的变化以及对天然木质纤维素的降解能力.结果:土壤样品具有较高的初始木聚糖酶活,相反许多样品的纤维素酶活未测到.富集后,除个别样品酶活性稍有下降之外其余均明显提高,其中木聚糖酶活增长最多达118.58 u·g~(-1),纤维素酶活涨幅最多达110.00 u·g~(-1).各样品木质纤维素的降解量从24.4mg到93.1mg不等,降解效率最高55.35%.结论:来源于不同气候条件和不同类型土壤样品在天然木质纤维素降解能力以及相关的纤维素酶和木聚糖酶活性上表现出了广泛的多样性差异.     

乙酰木聚糖酯酶研究进展

半纤维素是一类丰富可再生而又亟待开发利用的生物质资源,将半纤维素降解为糖类进而生产木糖醇及其它化学品是利用生物质资源的关键一步。乙酰木聚糖酯酶是降解半纤维素的一个重要酶,它能够水解乙酰化木聚糖中的木糖残基上的2位和3位的O 乙酰基,在工业、农业及食品业具有广阔的应用前景。综述了乙酰木聚糖酯酶的分类、酶学性质、催化机制、基因克隆和协同酶解等方面的研究进展,同时对该研究进行了展望。     

黑曲霉β-木糖苷酶An-xyl的重组表达与木糖耐受性表征

木糖苷酶催化低聚木糖水解在木质纤维素降解中起重要作用,但该酶活性易被产物木糖抑制,严重限制了其应用。基于分子对接,本文研究了茶梗发酵培养基差异表达显著的黑曲霉(Aspergillus niger) β-木糖苷酶An-xyl与木糖的亲和性,并对其进行克隆表达和性质表征,进一步探讨了该酶与纤维素酶对茶梗中木质纤维素的降解作用。分子对接结果表明,An-xyl与木糖的亲和性低于木糖耐受性较差的米曲霉β-木糖苷酶xyl A。重组表达的An-xyl木糖抑制常数Ki值为433.2 mmol/L,与同为GH3家族的β-木糖苷酶相比木糖耐受性较高。以p NPX为底物时,Km和Vmax分别为3.6 mmol/L和10 000μmol/(min·mL)。An-xyl最适温度65°C,最适pH 4.0,65°C处理300 min能保持约61%的酶活力,在pH2.0-8.0的范围内处理24h后酶活力仍能维持80%左右。添加An-xyl与纤维素酶共同水解茶梗,反应2h和4h产生还原糖含量比单独使用纤维素酶水解分别提高了19.3%和38.6%。本研究表明,通过差异表达挖掘的An-xyl具有高木糖耐受性和较好的催化活...     

纤维素酶的糖基化

木质纤维素价格低廉,供应充足,且未得到充分开发利用。把纤维素降解成葡萄糖,进而生产纤维素乙醇的技术已经进入商业应用阶段。提高纤维素酶的活性,有利于充分利用自然界中大量存在的木质纤维素,开发生物质资源,以缓解能源危机。糖基化修饰对纤维素酶的活性、稳定性以及其他性质有着重要的影响。因此,对纤维素酶糖基化的了解,以及合理地改善糖基化修饰,可以极大地提高木质纤维素降解速率,有利于工业上液体燃料的生产。     

白蚁及共生微生物木质纤维素水解酶的种类

白蚁是热带生态系统重要的木质纤维素降解者。白蚁种类丰富,可分成高等白蚁和低等白蚁,食性也具有各自特点。白蚁自身可以产生纤维素酶,主要是GHF9的内切葡聚糖酶(EG),也有β-葡萄糖苷酶(GB)。低等白蚁共生的原虫中已发现丰富的纤维素酶基因,属于GHF5,7和45。同时还有其他相关功能基因,如木聚糖酶和果胶类物质水解酶。高等白蚁肠道中没有共生原虫。高等培菌白蚁可以利用共生蚁巢伞属真菌促进木质纤维素降解,真菌可以产生纤维素酶,果胶质水解酶类、木聚糖酶,同时还产生可能与木质素分解相关的一种漆酶,但是从分子水平,关于共生真菌纤维素水解酶的研究还较少。白蚁肠道已分离出许多具有木质纤维素降解能力的菌株,最近的研究也发现了大量细菌纤维素酶基因。白蚁-共生系统丰富的木质纤维素水解酶类为发展生物方法开发纤维素乙醇这一思路提供有价值的资源。     

解淀粉芽孢杆菌MN-8对玉米秸秆木质纤维素的降解

微生物降解木质纤维素既是生物质资源化利用中的关键问题,也是亟需解决的难点问题.本文在前期获得木质素降解菌——解淀粉芽孢杆菌MN-8菌株的基础上,进一步研究该菌株对玉米秸秆木质纤维素的降解作用.研究利用玉米秸秆粉-MSM培养基对MN-8菌株进行固态发酵,监测发酵过程中木质纤维素酶活力和木质纤维素含量变化情况,并通过傅立叶红外光谱(FTIR)和气质联用色谱(GC/MS)对木质纤维素的降解情况及产物进行分析.结果表明:解淀粉芽孢杆菌MN-8菌株可产生木质素过氧化物酶、锰过氧化物酶、纤维素酶和半纤维素酶等木质纤维素降解酶,在发酵10～16 d陆续达到酶活力峰值,最高酶活力分别为55.0、16.7、45.4和60.5 U·g-1.发酵24 d后,玉米秸秆中木质素、纤维素和半纤维素的降解率可分别达到42.9％、40.6％和27.1％.FTIR光谱数据表明,玉米秸秆发酵后木质素、纤维素和半纤维素的特征吸收峰强度均有一定程度的下降,表明木质纤维素被部分降解.GC/MS分析结果也证实,解淀粉芽孢杆菌MN-8能有效降解秸秆木质纤维素.MN-8菌株可断裂玉米秸秆木质素单体之间的连接键β-O-4,将秸秆木质素解聚为苯丙胺、苯丙酮和苯丙酸等保留木质素苯丙烷结构的单体化合物,并将部分单体化合物进一步氧化为Cα羰基化合物,如2-氨基-1-苯丙酮和紫丁香基苯乙酮等.在对纤维素和半纤维素降解产物的GC/MS分析中发现,降解产物包含葡萄糖、甘露糖和半乳糖等多种单糖化合物以及甲酸、乙酸、丙酸、1,1-乙二醇和3-羟基丁酸等代谢产物.表明解淀粉芽孢杆菌MN-8对秸秆木质纤维素表现出强降解作用,且该作用依赖于菌株产木质纤维素降解酶的能力.     

嗜热厌氧细菌Caldicellulosiruptor bescii降解木质纤维素研究进展

嗜热厌氧菌Caldicellulosiruptor bescii具有强大的木质纤维素降解能力,能以多种模式植物细胞壁多糖如微晶纤维素Avicel和木聚糖,甚至未经预处理的木质纤维素如柳枝稷作为唯一碳源快速生长,该菌还具有少见的厌氧降解木质素的能力。对基因组注释发现,该菌所编码的蛋白大多为多结构域双功能酶,即在多肽链的N端和C端分别是不同家族的糖苷水解酶,间隔以2-3个碳水化合物结合结构域。该菌降解纤维素相关的酶基因多集中于一个植物细胞壁多糖降解利用的基因簇,例如纤维素酶/木聚糖酶、纤维素酶/甘露聚糖酶和纤维素酶/木葡聚糖酶等。C.bescii的木聚糖酶主要属于GH10家族,该家族的酶底物特异性较为宽泛,氨基酸序列的同源性在18.7%-59.5%间。Caldicellulosiruptor属细菌进化出了一系列的机制使得糖苷水解酶和底物、细菌和木质纤维素能更好的吸附在一起,从而有利于木质纤维素的酶解。C.bescii有12个含SLH结构域的蛋白,以及新发现的黏附蛋白Tāpirin,可能参与了木质纤维素的吸附与利用。综述了近年来对C.bescii降解植物细胞壁的糖苷水解酶的基因资源挖掘方面和降解分子机制方面的研究进展,对高效、多功能高效木质纤维素降解酶的设计和优化具有积极的意义。     

微生物木聚糖降解酶系统

木聚糖类半纤维素是产量仅次于纤维素的植物多糖 ,其结构要比纤维素复杂得多 ,完全降解木聚糖 ,实现植物残体的生物转化需要多种水解酶 (即木聚糖降解酶系统 )的协同作用。木聚糖酶在食品、饲料、纺织、能源工业 ,特别是在纸浆和造纸工业中有着广阔的应用前景 ,如人们将极端嗜热和嗜碱菌的木聚糖酶基因克隆到现有工程菌中生产工业用酶 ,用于纸浆的生物漂白和饲料加工。但是木聚糖资源的开发利用要求完整的酶系统。人们通过对具有木聚糖降解酶系统微生物的研究 ,运用基因工程技术将其构建成发酵工程菌 ,直接利用半纤维素生产单细胞蛋白 ;或者…