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。     

梭热杆菌纤维小体研究进展

梭热杆菌(Clostridium thermocellum)是一种嗜热厌氧细菌,通过分泌大量纤维素酶高效降解纤维素.根据作用纤维素的不同部位,梭热杆菌分泌的纤维素酶分为内切纤维素酶和外切纤维素酶.纤维小体是由支架蛋白、锚定元件、黏合蛋白、纤维素结合域和催化单位组成的复合体,其独特的结构,使得它可以比真菌纤维素酶更紧密地结合到纤维素表面,这个复合结构结合着多种催化单位,而此特殊的结构是梭热杆菌高效降解纤维素的必要条件.近年来,为更深入透彻地了解纤维小体的结构与功能进行了大量的研究工作,现对相关研究进展进行综述,并给出了未来可能的发展方向.     

全基因组水平扫描鉴定粗糙脉孢菌糖转运蛋白及其在酿酒酵母己糖发酵中的评价

木质纤维素降解真菌粗糙脉孢菌天然具有吸收利用多种单糖和寡糖的能力,但是目前基因组中注释的预测糖转运蛋白仍然有过半功能未知。本研究从全基因组水平系统分析了粗糙脉孢菌预测糖转运蛋白的转运底物。研究发现两个转运蛋白(NCU01868和NCU08152)具有转运多种己糖底物的功能,因此分别命名为NcHXT-1和NcHXT-2。利用荧光共振能量转移技术(FRET)确认了NcHXT-1/-2具有葡萄糖转运功能。在己糖转运蛋白全缺酿酒酵母EBY.VW4000中分别过表达NcHXT-1/-2,能恢复其在葡萄糖、半乳糖或甘露糖的液体培养基中生长并生成乙醇的能力。NcHXT-1/-2在很多纤维素降解真菌中均具有保守的同源蛋白。本研究通过全基因组扫描鉴定,发现了两个保守的丝状真菌己糖转运蛋白,为真菌降解利用木质纤维素及酵母利用单糖发酵提供了新的改造靶点。     

木聚糖酶分子的结构区域

多数木聚糖酶分子中含有多个功能区域,这些区域包括催化区、纤维素结构区、木聚糖结构合区、连接序列、重复序列、热稳定区、Ｃｅｌｌｕｌｏｓｏｍｅ－Ｄｏｃｋｉｎｇ区及其它未知功能的非催化区,     

糖苷水解酶7家族蛋白在纤维素降解中作用的研究进展

糖苷水解酶7家族（glycoside hydrolase family, GH7）是一类来源于真菌的水解酶,作用于纤维素结晶区或不定形区的β-1,4 键,可用于高效降解纤维素转化为可发酵的糖。GH7的成员具有高度保守序列以及相似三维结构,其催化结构域是由多个loop区围绕反向平行的β 折叠形成的β 三明治结构。目前已有17个GH7成员的结晶结构得到解析,明确了酶的结构与催化功能之间的关联,对GH7的来源及分类、蛋白序列、结构特征与催化纤维素降解功能关系的研究进展进行阐述。     

全基因组预测糙皮侧耳经典胞外分泌蛋白

糙皮侧耳(平菇)作为目前木质纤维素降解模式真菌,其产生的胞外分泌蛋白在植物纤维素、半纤维素及木质素降解过程中发挥着重要作用。为了给蛋白质组学鉴定糙皮侧耳胞外分泌蛋白实验提供参考,利用常见的生物信息学工具SignalP、ProtComp、TMHMM、big-PI Fungal Predictor和TargetP对糙皮侧耳全基因组中的12 186条蛋白质序列进行经典分泌蛋白预测,同时,对上述分泌蛋白的氨基酸分布、信号肽长度和切割位点以及其理化性质等进行分析。结果表明,糙皮侧耳全基因组中含有359个经典分泌蛋白,其氨基酸长度主要集中于101~600之间;信号肽长度集中在18~21之间;信号肽切割位点属于A-X-A类型,除此之外还含有5条具有RR-motif的信号肽。对这些分泌蛋白进行功能注释,结果表明225个蛋白质为未知功能蛋白质;114个为已知功能蛋白质,主要功能注释集中于木质纤维素降解酶类,包括纤维素酶、半纤维素酶、木质素降解相关酶等。以上结果表明通过上述生物信息学分析实现了对糙皮侧耳全基因组经典分泌蛋白的有效预测。     

植物纤维素合酶基因研究进展

纤维素合酶催化合成的 β_1 ,4糖苷链构成植物细胞壁中含量最丰富的组份纤维素。植物体中存在着众多纤维素合酶 ,同时还具多种与之相关的纤维素合酶相似蛋白 ,它们组成了一个庞大的纤维素合酶超家族。纤维素合酶的催化机理尚不清楚 ,纤维素合酶相似蛋白的功能更有待于深入研究。本文综述了近年植物纤维素合酶及其相似蛋白编码基因的研究进展。     

植物纤维素合酶基因研究进展

纤维素合酶催化合成的β_1,4糖苷链构成植物细胞壁中含量最丰富的组份纤维素。植物体中存在着众多纤维素合酶,同时还具多种与之相关的纤维素合酶相似蛋白,它们组成了一个庞大的纤维素合酶超家族。纤维素合酶的催化机理尚不清楚,纤维素合酶相似蛋白的功能更有待于深入研究。本文综述了近年植物纤维素合酶及其相似蛋白编码基因的研究进展。     

微生物降解纤维素的新机制

自然界中能够降解纤维素的微生物分布广泛,纤维素降解的方式也呈现很高的多样性。Cytophaga hutchinsonii属于拟杆菌门,具有很强的结晶纤维素降解能力,但是其降解机制既异于已经发现的游离纤维素酶降解体系,也不同于纤维小体的降解模式,推测其存在第3种细胞结合型纤维素降解模式。本文简要阐述以C. hutchinsonii为代表的一种新的纤维素降解策略。     

木聚糖酶分子的结构区域

多数木聚糖酶分子中含有多个功能区域,这些区域包括催化区、纤维素结合区、木聚糖结合区、连接序列、重复序列、热稳定区、Ｃｅｌｕｌｏｓｏｍｅ－Ｄｏｃｋｉｎｇ区及其它未知功能的非催化区,它们担负着不同的生物功能,不同来源的木聚糖酶分子的功能区域之间同源性或高或低。