微紫青霉外切葡聚糖纤维二糖水解酶（CBHI）的纤维素结合结构域及其链结区非水解性破坏纤维素结晶区结构

天然纤维素的结晶区必需在内、外切纤维素酶的协同作用下,始可被降解,这是纤维素降解的限速步骤。内、外切纤维素酶均为β－1,4－糖苷键的水解酶,但单一的内、外切纤维素酶却都不能水解天然纤维素的结晶区。内、外切纤维素酶怎样协同降解纤维素的机理一直未得阐明,是天然纤维素降解机制研究中的难点。纤维素酶分子是由具有催化功能的催化结构域（catalytic domain,CD）和具有结合纤维素功能的纤维素结合（吸附）结构域（cellulse biding domain,CBD）及涟结它们的链结区（linker）序列组成。已知一细菌的CBD在吸附纤维素后,纤维素聚合物断裂形成短小纤维,但这一现象还未在真菌中有类似发现,通过对插入质粒pUC-18上的微紫青霉外切葡聚糖纤维二糖水解酶CBHI的 cDNA基因,进行系列序列定向缺失等体外操作,得到了催化结构域序列缺失的重组质粒,转化大肠杆菌JM109后,利用纤维素结合结构域CBD可吸附纤维素的特性,筛选到含CBD编码区的转化子PUC18G,生产出了LacZ－CBD融合蛋白,经木瓜蛋白酶有限酶切后,分离纯化得到了CBD结构域及其链结区称为：CBDCBHI。经X光衍射、红外光谱分析、热活力测定和扫描电镜观察表明,CBDCBHI吸附纤维素后,能够导致纤维素聚合物氢键断裂,结晶度减低和形成短纤维,从而在底物可及性上为内切葡聚糖酶的水解糖化作用提供了条件,为真菌内、外切纤维素酶协同降解天然纤维素的作用机制提供了实验支持,并提出了内切纤维素酶的水解作用可为外切纤维素酶吸附纤维素提供能量的推论。     

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     

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。     

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.     

纤维二糖脱氢酶在纤维素降解中的作用研究*

裂褶菌纤维二糖脱氢酶（ｃｅｌｌｏｂｉｏｓｅ ｄｅｈｙｄｒｏｇｅｎａｓｅ, ＣＤＨ）可以提高纤维素酶对纤维素的降解。以纤维二糖为电子供体, ＣＤＨ作用于羧甲基纤维素可降低其溶液的粘度,作用于纤维素 ＣＦ１１和磷酸膨胀纤维素,分别使其悬浊液的浊度提高７％和１４．４％。ＣＤＨ与纤维二糖水解酶或内切纤维素酶在降解棉花纤维素时没有表现出协同作用。但若棉花事先在纤维二糖存在下用ＣＤＨ预处理,则变得易于被水解。     

纤维二糖脱氢酶的纤维素降解中的作用研究

裂褶菌纤维二糖脱氢酶（ｃｅｌｌｏｂｉｏｓｅ ｄｅｈｙｄｒｏｇｅｎａｓｅ,ＣＤＨ）可以提高纤维素酶对纤维素的降解。以纤维二糖为电子供体,ＣＤＨ作用于羧甲基纤维可降低其溶液的粘度,作用纤维素ＣＦ１１和磷酸膨胀纤维素,分别使其悬浊液的浊度提高７％和１４．４％。ＣＤＨ与纤维二糖水解酶或切纤维素酶在降解棉花纤维素时没有表现出协同作用。但若棉花事先在纤维二糖存在下用ＣＤＨ预处理,则变得易于被水解。     

纤维素酶纤维素吸附区的结构与功能

大多数纤维素酶含有催化区和可与纤维素结合且氨基酸序列较为保守的纤维素吸附区（ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ ｂｉｎｄｉｎｇ ｄｏｍａｉｎ,ＣＢＤ）。纤维毒品及附区促进酶与底物的结合,有利于催化区以对溶性底物的作用,但对可溶性底物的催化作用无影响。对ＣＢＤ结构的研究和进一步的诱变研究揭示。纤维素吸附区是通过几个芳香族氨基酸结合到纤维素表面。有实验证明外切莆聚糖酶的ＣＢＤ对结晶纤维素有疏解作用。ＣＢＤ结构域已居功     

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。     

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.     

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。     

纤维二糖抑制外切纤维素酶水解作用机理的分析

纤维二糖是纤维素分子的结构单元, 也是纤维素酶水解纤维素时的主要产物. 它能强烈抑制纤维素酶的水解作用, 但并不影响酶对纤维素的吸附. 红外、荧光、圆二色谱分析表明, 纤维二糖可结合在外切纤维素酶活性部位附近的色氨酸残基上形成“位阻效应”, 从而阻止纤维素分子链进入活性中心. 同时, 结合纤维二糖后, 外切纤维素酶分子构象发生了较大变化, 致使吸附纤维素后不能导致微纤维的分离, 为“无效吸附”.     

1株产纤维素酶细菌的筛选、鉴定及生长特性

分离筛选高效降解纤维素的菌株,并研究其生物学特性。利用刚果红染色法从腐烂的玉米秸秆中分离纤维素降解菌,再通过测定滤纸的降解率及多种酶活复筛。综合考虑水解圈和菌落直径(HC值),滤纸的降解率和酶活,对所筛选的菌株进行纤维素降解能力综合评价,最终获得1株具有纤维素降解能力的菌株DX4,其滤纸酶活(FPA酶活)、内切葡聚糖酶活力(CMC酶活)和外切葡聚糖酶活力(Cex酶活)分别为256.051、358.276和5.536 U/m L。结合形态学、生理生化特性和分子生物学鉴定,将该菌株鉴定为枯草芽胞杆菌(Bacillus subtilis),命名为Bacillus subtilis DX4,简称BS-DX4。研究表明,BS-DX4的最适生长温度为40℃,最适生长pH为7.0,低盐浓度下生长旺盛,是具有开发潜力的纤维素酶高产菌株。     

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]、     

内切-1,4-β-葡聚糖酶在植物细胞生长发育中的作用

内切-1,4-β-葡聚糖酶(EGases)可以催化水解具有1,4-β-葡聚糖主链的多聚糖,如纤维素和木葡聚糖分子,从而参与对细胞壁的修饰.植物细胞中存在一个EGase蛋白家族,且多为分泌蛋白;在植物细胞中还存在另一类跨膜EGase,是细胞壁纤维素生物合成所必需的,但植物EGases在体外具有降解纤维素人造底物羧甲基纤维素(CMC)的能力,而绝大多数植物EGases在活体细胞中并不能有效地降解结晶态纤维素分子和木葡聚糖分子.本文就EGases在细胞伸长、果实成熟和组织器官脱落等发育过程中的作用,以及EGases在植物纤维素合成与降解中的作用进行综述.     

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．     

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。     

甘蔗渣固体发酵亮菌产纤维素和木质素降解酶的测定

探索亮菌甘蔗渣固体发酵产纤维素和木质素降解酶的能力,对甘蔗渣的充分利用,以及开发新的、高效的产纤维素降解酶和木质素降解酶的微生物资源极为重要。本研究用专一的底物分别对亮菌分泌的外切葡聚糖酶、内切葡聚糖酶、β-葡萄糖苷酶、锰过氧化酶、漆酶和木质素过氧化物酶的酶活力进行测定。结果显示亮菌固态发酵可以分泌外切葡聚糖酶、内切葡聚糖酶、木质素过氧化物酶和漆酶。其酶活力随着时间的延长而增长,达到最高峰值后,开始下降。其中,漆酶酶活力最高,第55天达到最大值为(2 336±183)U/g。各种酶的最高酶活力峰值出现时间不尽相同,体现出多种酶之间很好的协同作用。因此,亮菌甘蔗渣固体发酵具有分泌纤维素和木质素降解酶的能力,尤其产具有高酶活力的漆酶,具有潜在的工业化应用前景。     

降解木质纤维素放线菌的功能组学分析及工业应用前景

放线菌是一种高GC含量的革兰氏阳性细菌,在陆生、高温的木质纤维素降解生境中占据十分重要的地位.降解木质纤维素菌株的功能基因组分析发现降解纤维素的酶种类和数目相对较多,而降解半纤维素以及果胶成分的酶相对真菌较少.其中,降解纤维素的酶类主要以GH6家族外切酶为主,部分含有GH9和GH48家族的纤维素酶,基因组中还含有AA10家族的多糖裂解氧化酶,因此放线菌可通过持续性水解与氧化双重机制高效降解结晶纤维素.放线菌可通过双精氨酸转运系统快速将已正确折叠的降解酶类分泌至胞外,这些酶分子常具有多个功能结构域,具有耐高温、耐碱性以及高活力等特征.放线菌在木质纤维素降解及次级代谢产物等方面的特点与优势使得其具有巨大的工业应用前景.     

1株大熊猫肠道纤维素降解菌的分离鉴定及其酶学性质

以羧甲基纤维素钠为唯一碳源,利用刚果红染色法,从大熊猫粪便内筛选具有降解纤维素能力的菌株,并研究其酶学特性。分离获得1株酶活力较高的菌株A1,通过形态学和BD PhoenixTM-100全自动细菌鉴定仪鉴定为蜡样芽胞杆菌(Bacillus cereus)。菌株A1最适生长条件和酶活力测定表明,其最适生长温度为37℃,Na Cl浓度为0.5%,p H值为7.0,内切葡聚糖苷酶、外切葡聚糖苷酶、β-葡萄糖苷酶和总酶活的最大值分别为0.139、0.074、0.126、0.108 5 IU/m L。丰富了大熊猫肠道纤维素降解菌的种类,为后续研究大熊猫如何消化利用竹纤维提供了菌源。     

绿色木霉对小球藻细胞壁的酶解作用

【目的】探讨绿色木霉分泌液能否分解小球藻细胞壁。【方法】用海藻酸钠和氯化钙固定绿色木霉,游离绿色木霉和固定化绿色木霉分别培养一段时间,离心培养液,用分光光度计法检测上清液中纤维素酶活性。在上清液中加入浓缩的小球藻悬浮液,用显微镜计数细胞壁破碎的小球藻。【结果】绿色木霉能同时分泌内切葡聚糖酶、外切葡聚糖酶及β-1,4葡萄糖苷酶3种纤维素酶,其中外切葡聚糖酶活性最高。固定化绿色木霉反复使用5次后,分泌的纤维素酶活性能保持到初次的67.4%。市售纤维素酶、游离绿色木霉、固定化绿色木霉初次及第5次分解小球藻细胞壁的效率分别为47.3%、86.5%、81.5%、52.1%。【结论】市售纤维素酶、游离绿色木霉、固定化绿色木霉都能分解小球藻细胞壁,其中固定化绿色木霉因可重复使用,具有潜在的应用前景。