木霉内切葡聚糖酶的研究现状及应用

木霉因其能有效地生产纤维素酶,并且具有很高的降解纤维素能力而备受关注。其中木霉纤维素酶由内切β-1,4-葡聚糖酶(EC.3.2.1.4)、外切β-1,4-葡聚糖酶(EC.3.2.1.91)和β-葡萄糖苷酶(EC.3.2.1.21)三种酶组成,而内切葡聚糖酶能够随机作用于纤维素长链内部,将纤维素降解成小分子多糖,是纤维素酶系中重要的组成部分。近几年,主要木霉内切葡聚糖基因被克隆与分析,同时通过有效的方法进行异源表达,使其能够得到高效利用。本文综述了内切葡聚糖酶的结构、特性和催化机制,内切葡聚糖酶基因的生物信息学特点,基因在不同宿主体内表达和改造,以及内切葡聚糖酶在工业中应用的最新研究进展,并且提出了一些尚需深入研究的问题,为以后的研究提供参考。     

纤维素酶基因的克隆和表达

纤维素酶是可以分解纤维素的酶。纤维素的单体是葡萄糖,葡萄糖之间通过β-1、4糖苷键连接成纤维素的大分子。从理论上说纤维素水解后可以转变成葡萄糖。但由于天然纤维素为一不溶性聚合物,目前通过纤维素酶酶介途径利用纤维素废物与达到实用阶段还有一段距离。一般认为从纤维素到葡萄糖的转变需要β-1,4葡聚糖内切酶[E、C、3、2、1、4]、     

真菌和细菌纤维素酶的差别及内、外切葡聚糖苷酶的底物专一性

通常认为纤维素的降解过程,首先是纤维素酶（纤酶）分子吸附到纤维素表面,然后,内切葡聚糖苷酶（内切酶）在葡聚糖链的随机位点水解底物,产生寡聚糖;外切葡聚糖苷酶（外切酶）,从葡聚糖链的非还原端进行水解,主要产物为纤维二糖,需要两类酶的"协同"才能完成对纤维素的降解。纤维素酶分子由催化结构域（ｃａｔａｌｙｔｉｃｄｏｍａｉｎ,ＣＤ）、纤维素结合结构域（ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ－ｂｉｎｄｉｎｇｄｏｍａｉｎ,ＣＢＤ）和一个连接桥（ｌｉｎｋｅｒ）三部分组成。近年来,纤维素酶分子结构与功能的研究取得了实质性的进展。不同…     

球毛壳菌(Chaetomium globosum)NK102 纤维素酶基因及其表达条件

[目的]生物质的利用是当前生物技术研究的一个热点.本小组分离到一株高效降解纤维素球毛壳菌(Chaetomium globosum)NK102,本文拟探索研究此菌的纤维素酶表达系统并寻找影响酶基因表达的关键因素.[方法]通过对NK102测序,本文界定了球毛壳菌NK102的主要纤维素酶编码基因,使用数字基因表达谱升级版(RNA-Seq)的方法得到纤维素酶基因的表达差异,然后观察了营养、物理条件下纤维素酶基因表达和酶活性变化的情况.[结果]发现随着培养时间的延长,纤维素酶基因整体上表达量升高.在所选基因中,外切葡聚糖酶、纤维二糖脱氢酶和内切葡聚糖酶基因(cbh1,cdh和egl1)的表达量最高.糖代谢的负调控因子ACE I和CreA的随时间表达量均降低,而Hap2/3/5复合体的表达量反而升高.之后检测了不同碳源培养基对纤维素酶基因表达量和酶活性的影响,发现葡萄糖为强阻遏因子,纤维二糖为其诱导物,而山梨醇没有影响.特别是,我们发现光照也影响纤维素酶基因的表达,黑暗条件明显抑制酶基因的表达.[结论]转录组学的方法可以初步探索纤维素酶表达的规律,酶基因的表达受到营养、物理条件的影响.本研究为揭示球毛壳菌降解纤维素分子机理和阐释生物质糖代谢途径提供了有用参考.     

茶树新梢中纤维素酶活性及相关基因表达差异分析

为了解茶树新梢中纤维素酶的生理特征,对3个茶树(Camellia sinensis)品种新梢中纤维素酶活性的变化和相关基因的表达进行了研究。结果表明,3个茶树品种新梢中的纤维素酶活性差异显著,‘平阳特早’和‘凫早2号’随着叶片成熟度增加,内切葡聚糖酶和外切葡聚糖酶活性升高,‘舒茶早’则相反。β-葡萄糖苷酶活性在3个茶树品种都是在一芽三叶时期最低,且幼嫩部位的酶活性高于成熟部位,但其酶活性高于外切葡聚糖酶活性。半定量RT-PCR结果表明,5个纤维素酶相关基因在3个茶树品种新梢中均有表达,有2个β-葡萄糖苷酶同源基因的表达量差异显著。因此,纤维素酶可能在茶叶的品质形成中起作用。     

粗糙脉孢菌C2H2转录因子家族基因敲除突变体产纤维素酶筛选分析

丝状真菌的木质纤维素水解酶基因的表达很大程度上受到转录水平的调控,对纤维素酶系调控转录因子的研究对提高纤维素酶的产量具有重要意义。为了挖掘纤维素酶表达新调控基因,本研究对粗糙脉孢菌锌指转录因子C₂H₂家族的57株基因敲除突变株在以2%结晶纤维素为唯一碳源的培养条件下进行产纤维素酶水平分析筛选。通过测定发酵液的蛋白、内切β-1,4-葡聚糖酶酶活、外切纤维素酶酶活、β-葡萄糖苷酶酶活、木聚糖酶酶活及生物量,发现突变株L-38、L-85、L-40、L-64、L-99、L-07、L-86在蛋白水平及内切β-1,4-葡聚糖酶酶活水平均比野生型有25%-77%不等的显著提高,而突变株L-87、L-06在蛋白水平及内切β-1,4-葡聚糖酶酶活水平均比野生型有65%-80%不等的显著降低。这些纤维素酶新调控基因的获得为后续相关表达调控的研究提供了新素材。     

东方肉座菌EU7-22纤维素酶基因的克隆及序列分析

东方肉座菌EU7-22与XC-9、里氏木霉、康宁木霉、黑曲霉、斜卧青霉进行产纤维素酶比较,结果表明菌株EU7-22具有较高的产纤维素酶能力及完整的纤维素酶系.根据里氏木霉和绿色木霉的外切葡聚糖酶,内切葡聚糖酶及β-葡萄糖苷酶相关基因序列,设计引物PCR扩增出菌株EU7-22 cbhⅠ、cbhⅡ、egⅠ、egⅡ及bgl Ⅰ.基因序列经NCBI Blast分析表明,cbhⅠ与绿色木霉cbh1基因(FJ871063)同源性最高达99％;cbhⅡ与康宁木霉cbh2基因(DQ504304)同源性最高达99％;eg Ⅰ与长枝木霉egl基因(GU144298)同源性最高达99％;egⅡ与绿色木霉eg2基因(EF602036)同源性最高达99％;bglⅠ与菌株Trichoderma sp.SSL bgl基因(FJ040193)同源性最高达100％.5种纤维素酶基因编码的相应氨基酸序列与其他木霉纤维素酶的氨基酸序列相似性也非常高.对上述纤维素酶基因编码的相应蛋白的分子量、等电点、N-糖基化位点、信号肽序列进行分析;对纤维素结合区及糖基水解酶家族特征结构区进行了定位;用SWISS-Model模拟了酶蛋白的三级结构.     

纤维素酶的研究进展与发展趋势

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,近年来,根据氨基酸序列的同源性以及纤维素酶结构的相似性,将其分成不同的家族.总结了纤维素酶近年来的主要进展与研究趋势,包括酶的作用机理、基因的表达与调控、酶的发酵生产以及在纺织、洗涤、能源等工业的应用进展.     

外切葡聚糖纤维二糖水解酶的分离纯化和部分性质研究

纤维素酶系包括内切葡聚糖酶,外切葡聚糖纤维二糖水解酶和葡萄糖昔酶三类酶．近年纤维素酶的结构与功能方面的研究有了很大进展[1～3]．目前,已有百余个不同菌种来源的纤维素酶的基因得到了克隆和表达,但主要为Trichodermareesei和Trichndermaviride产生的纤维素酶．TrichodemapseudokiningiiS-38是我们分离得到并易于培养的高产酶菌株[4]．我们采用固态发酵方法培养了该菌株,从发酵液中提纯了两个外切酶（cellobiohydrolase,EC3．21．91,CBH）组分,并测定了它们的部分酶学性质．1材料和方法1．1对硝基酚纤维二糖（P-nitrophenyl…     

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。     

生孢噬纤维粘菌基因文库的构建和纤维素酶基因的克隆

将生孢噬纤维粘菌（ＳｐｏｒｏｃｙｔｏｐｈａｇａＢ２９）染色体用ＰｓｔＩ部分酶切后,连接到大肠杆菌（Ｅ．ｃｏｌｉ）质粒载体ｐＵＣ８上,然后转化Ｅ．ｃｏｌｉＪＭ８３,从而建立了Ｂ２９的基因文库,并筛选一个含有内切葡聚糖纤维素酶（ＣＭＣａｓｅ）的阳性克隆．从此阳性克隆中提取质粒再转化ＪＭ８３,发现所有的氨苄青霉素抗性（Ａｐｒ）转化子都具有ＣＭＣａｓｅ酶活性,证明在大肠杆菌中克隆到一个Ｂ２９的内切葡聚糖酶基因．     

产外切葡聚糖酶真菌的筛选鉴定及毕赤酵母中的表达

【目的】外切葡聚糖酶是纤维素酶组分中一类对结晶纤维素有降解作用的酶类,如何提高外切葡聚糖酶活力是研究的关键问题。【方法】从筛选鉴定得到的一株产外切葡聚糖酶酶活较高的黑曲霉Asp-524菌株出发,通过PCR技术克隆得到外切葡聚糖酶基因序列,生物学信息分析后,构建了毕赤酵母诱导型表达载体,实现了该基因在毕赤酵母中的成功表达。【结果】抗性筛选得到的阳性转化子,用终浓度为1%甲醇诱导5 d后,酶活达到4.74 U/mL。酶学性质分析显示重组外切葡聚糖酶最适pH为5.0,pH稳定性分析显示在pH为4.0-6.0范围内相对稳定,酶活能保持在最高酶活力的80%以上,最适反应温度为50°C,经60°C保温1 h后,酶活仍能保持80%以上。【结论】结果说明该外切葡聚糖酶具有较好的热稳定性和pH稳定性,这一研究为纤维素酶的实际应用奠定了一定基础。     

环状芽孢杆菌几丁质酶基因序列分析、表达和生物活性测定

真菌病害一直是影响作物的主要病害之一 ,每年造成巨大经济损失。几丁质酶可水解许多病原真菌细胞壁所含有的主要成分—几丁质 ,是研究得最多的抗真菌蛋白质。许多几丁质酶基因已从微生物中克隆到 ,芽孢杆菌是一类重要的几丁质酶产生菌。环状芽孢杆菌可产生并分泌多种多糖降解酶类 ,包括几丁质酶、β 1 ,3 葡聚糖酶、β 1 ,6葡聚糖酶和半纤维素酶[1] 。Ｗａｔａｎａｂｅ克隆了环状芽孢杆菌ＷＬ 1 2菌株的几丁质酶基因ｃｈｉＡ和ｃｈｉＤ ,对该几丁质酶基因的结构和功能进行了深入研究[2～ 4 ] 。我国的陈三凤克隆了黄杆菌的几丁质酶基因 ,…     

一株纤维素降解真菌的筛选及鉴定

[目的]分离筛选高效降解纤维素的真菌菌株,并研究其产酶能力.[方法]利用刚果红染色法从甘蔗地土壤中分离纤维素降解真菌,再通过测定滤纸的降解率及发酵酶活复筛.[结果]综合考虑水解圈,水解圈和菌株直径的比值(HC值),滤纸的降解率和复筛酶活,对试验真菌降解纤维素的能力进行综合评价,筛选到具有较强纤维素降解能力的真菌菌株SJ1,经形态学观察及分子生物学鉴定,该菌属于草酸青霉.其滤纸酶活、内切葡聚糖酶酶活(CMC酶活)、β-葡聚糖苷酶酶活和外切葡聚糖酶酶活(CBH酶活)分别为25.15、740.42、58.03和2.442 U/mL.[结论]菌株SJ1是一株十分具有研究开发潜力的纤维素酶生产菌株.     

福寿螺（Ampullaria crossean）内源性多功能纤维素酶基因的克隆

迄今为止已克隆的动物纤维素酶基因都是编码内切—β—1,4—葡聚糖酶或β—葡萄糖苷酶的,还没有有关动物外切—β—1,4—葡聚糖酶基因的报道。并且,动物是否对植物细胞壁的另一主要成分木聚糖具有水解能力也依然是个疑问。已经由草食性软体动物福寿螺的胃液中纯化得到一种纤维素酶,该酶同时具有外切β—1,4—葡聚糖酶、内切β—1,4—葡聚糖酶和内切β—1,4—木聚糖酶等三种活性,是一种多功能纤维素酶(命名为EGX)。在此基础上,从福寿螺胃组织中克隆得到的EGX cDNA开放阅读框全长为1185bp,共编码395个氨基酸。由氨基酸顺序同源和活性部位的保守顺序的比较分析,EGX可归属于糖苷水解酶第10家族。该多功能纤维素酶cDNA在毕赤酵母(Pichia pastoris)中表达的产物具有水解外切β—1,4—葡聚糖酶底物(pNPC),羧甲基纤维素(内切β—1,4—葡聚糖酶的底物)和木聚糖(木聚糖酶的底物)的活力。另外也从福寿螺卵巢组织中获得编码福寿螺多功能纤维素酶．EGX基因,长度为4892bp,含有9个外显子和8个内含子。8个内含子分别位于开放阅读框的74bp、122bp、280bp、336bp、473bp、646bp、753bp和972bp处。以上结果证明了多功能纤维素酶EGX是福寿螺自身产生的,同时也证明了福寿螺具有与微生物相似的纤维素酶系,即也含有内源性的外切β—1,4—葡聚糖酶活力组分。     

融合荧光蛋白的纤维素酶表达与性质分析

纤维素酶是能特异性分解纤维素的一系列酶,被广泛应用于食品加工处理、衣物洗涤、农业及造纸等行业。纤维素酶通过不同的水解方式协同作用将纤维素水解为寡糖或可发酵糖。在将纤维素分解成寡糖的过程中,外切葡聚糖酶(CBH)和内切葡聚糖酶(EG)发挥了重要作用。目前关于两种酶协同作用机制和顺序尚未有明确的解释。本研究将嗜热毛壳菌来源的cbh和葡萄穗霉来源的eg分别与绿色荧光蛋白基因gfp和红色荧光蛋白基因mcherry进行融合,并电转入毕赤酵母X33进行异源表达,随后对这两种融合纤维素酶CBH-GFP和EG-MCHERRY进行了性质分析。结果表明：两种融合荧光蛋白的纤维素酶基因在毕赤酵母X33中实现了分泌表达。纯化的CBH-GFP和EG-MCHERRY的蛋白浓度与荧光强度呈正相关关系。对羧甲基纤维素钠(CMC-Na)、磷酸膨胀纤维素(PASC)、滤纸(FP)、微晶纤维素(Avicel)的活性测试结果显示,CBH-GFP对CMC-Na、PASC、Avicel均有催化活性,而EG-MCHERRY对CMC-Na、PASC具有催化活性,CBH-GFP对PASC有最高比酶活(1.1 U/mg);EG-MCHE...     

纤维素酶的底物专一性

天然纤维素的有效酶解取决于外切葡聚糖纤维二糖水解酶（ＣＢＨ）和内切葡聚糖水解酶（ＥＧ）的协同作用。ＥＧ随机水解纤维素无定形区分子链内的β－１,４－糖苷键;ＣＢＨ则由分子链的还原性末端水解出纤维二糖。这种底物专一性差别的原因在于ＣＢＨ呈“桶状”的活性部痊表面存在２个“ｌｏｏｐ”结构,只能容许纤维素分子链的末端伸入到活性裂隙中。ＥＧ无“ｌｏｏｐ”结构在存在,对底物是充分可及的。ＥＧ催化结构域中底物结合     

秸秆降解菌的筛选及其纤维素降解性能的研究

通过秸秆粉平板、刚果红染色法以及小麦秸秆降解率来筛选高效秸秆降解菌,并测定菌株的胞外纤维素酶活来研究其秸秆纤维素的降解能力。结果表明,在所筛选的4株真菌中,菌株z-5的秸秆降解率最高,为47%;其次是菌株4-1、3-1和2-2,分别为45%、32%和31%,滤纸腐解实验结果与秸秆降解试验结果相似。4株秸秆降解菌均具有外切葡聚糖酶、内切葡聚糖酶和β-葡萄糖苷酶等3种纤维素酶,但变化趋势不同。菌株z-5和菌株4-1的三种酶活呈现出较好的协同性,菌株2-2和菌株3-1协同性较弱。通过秸秆粉平板,秸秆降解率测定以及滤纸孔洞法可以更准确快速地得到目的菌株;纤维素酶在秸秆降解中起着主导作用。     

细胞工程

900914 生产对里氏木霉的内葡聚糖酶-Ⅰ和纤维二糖水解酶Ⅱ特异的单克隆抗体[会,英]/Nieves, R. A.…∥Abstr. Annu. Meet. Am. Soc. Microbiol.-1989, 89 Meet.-305[译自DBA,1989,8(17),89-10405] 里氏木霉(Trichoderma reesei)的纤维素酶系统由纤维二糖水解酶、内葡聚糖酶和β-葡糖苷酶组成。通过这些酶的协同作用可使纤维素降解为可利用的底物。生产     

纤维基质对液体培养灵芝产纤维素酶的影响

本研究通过在培养基中添加滤纸、羧甲基纤维素(CMC)、蔗渣和玉米芯等纤维素类基质,观察纤维素基质对液体培养条件下灵芝产纤维素酶和半纤维素酶的影响.结果表明,这些纤维素基质能促进纤维素酶活力的增加,促进作用效果各异,当滤纸的添加量达到1 g/L时,滤纸酶活(FP酶活)达到空白对照的9.04倍,当蔗渣添加量为1 g/L时,灵芝β-1,4-葡聚糖酶酶活(Cx酶活)、FP酶活、半纤维素酶活分别比空白对照样增加了12%、534%、117.3%.