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…     

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。     

高效木聚糖降解酶系定制的新进展与挑战

木聚糖是植物细胞壁中含量最丰富的非纤维素多糖,大约占陆地生物质资源的20%-35%。不同物种来源的木聚糖结构因取代方式不同而具有广泛的异质性,这对生物质资源向生物燃料和其他高值产品高效转化提出了重大挑战。因此,需要开发由不同类型酶组成的最佳混合物以有效糖化木聚糖类底物。但是针对特定类型的底物设计高效降解酶系十分困难,应考虑底物的类型、底物的组成和物理性质、多糖的聚合度以及不同降解酶组分的生化性质等。本文从不同植物木聚糖的结构异质性与合成复杂性方面展示了其抗降解屏障,同时介绍了木聚糖主链降解酶系及侧链降解酶系的多样性以及协同降解作用,综述了复杂生境中微生物种群产生的混合酶系、降解菌株产生的高效酶系,以及基于特定木聚糖底物改造并定制简化高效的酶系统。随着不同种类木聚糖精细结构和木聚糖降解酶底物特异性的深入研究,针对特定底物类型进行绿色高效木聚糖酶系定制,加速木聚糖类底物的降解,从而实现木质纤维素资源的绿色高值化利用。     

不溶性着色蔗渣木聚糖检测木聚糖酶活性*

蔗渣木聚糖经1.4-丁二醇二环氧甘油醚与染料气巴蓝3GA交联形成不溶性着色固体。这种着色蔗渣木聚糖在pH4-8范围内表现稳定,用于评价木聚糖酶活性及在平板上检测产酶微生物具有简捷而灵敏的效果。     

木聚糖定向酶解与高值化转化

木聚糖是自然界中含量最丰富的半纤维素,占木质纤维素生物质总量的25%～35%,具有转化合成高值化产品的巨大潜力。通过对木聚糖进行定向酶解,可以获得木寡糖、木糖和阿魏酸等多种功能组分。其中,木糖和阿魏酸可以作为多种可再生燃料和化学品的前体物质被进一步转化为高值化产品,进而广泛应用于药品、化妆品、食品等领域。而木糖作为一种碳源,也可以直接用于微生物的发酵。本文首先介绍了木聚糖及其结构组成,分别描述了木聚糖水解酶及其酶解产物,进而系统综述了以木聚糖酶解产物木糖、阿拉伯糖、乙酸、阿魏酸、葡萄糖醛酸为底物生物合成不同燃料、大宗化学品、精细化学品和聚合物等高值化产品的研究进展、存在问题和解决方案,最后对木聚糖的酶解和高值化转化进行了展望。     

谷物中蛋白类木聚糖酶抑制剂研究进展

近年来研究发现谷物中存在能抑制木聚糖酶活性的蛋白质,降低了木聚糖酶在动物生产中的应用效果。自第一种木聚糖酶抑制剂蛋白首先在小麦中被发现以来,随后发现的木聚糖酶抑制剂分别属于三种不同的类型,即TAXI型、XIP型和TLXI型。综述了三种不同类型木聚糖酶抑制剂的研究概况,为研究木聚糖酶抑制剂的作用机理,及进一步开发具有良好抗逆性的木聚糖酶提供理论基础。     

一个木聚糖降解菌群的分离及木聚糖酶酶学性质分析

为从环境中分离出能够降解木聚糖的微生物,利用富集培养法从猪粪与甘蔗叶混合发酵堆肥中分离到一个具有木聚糖降解能力,能够利用玉米芯作为惟一碳源的混合菌群。高通量测序分析发现该菌群具有丰富的微生物多样性,其中未知微生物的含量约为50.8%。该菌群发酵液中的木聚糖酶在以AZO-xylan (Birchwood)为底物时,其最适反应温度为55℃,最适反应pH为8.0,在55℃以下能够保持很好的稳定性。重要的是,该菌群的发酵液能够直接水解玉米芯生产木三糖和木四糖,从而省去了碱处理玉米芯制备木聚糖的步骤,进而降低了环境污染以及生产成本。     

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。     

参与植物细胞壁半纤维素木聚糖合成的糖基转移酶

木聚糖是双子叶植物次生细胞壁中最主要的半纤维素,含有木聚糖的次生壁是最丰富的植物生物质,广泛应用于能源、制浆、造纸和纺织业中,但其主要组分戊糖对细胞壁生物质利用具有较大影响。揭示木聚糖合成的分子机制,为遗传修饰细胞壁组成,更好地利用细胞壁生物质提供新的策略。近年来对模式植物拟南芥中多个木聚糖合成有缺陷的突变体的分析表明：GT43家族的IRX9、IRX9-L、IRX14、IRX14-L,GT47家族的FRA8、F8H、IRX10、IRX10-L,GT8家族的IRX8、PARVUS、QUA1、GUX1、GUX2等参与了木聚糖主链、还原末端序列和侧链的合成。本文主要对这些研究进展做一综述,并讨论了木聚糖合成的机制及亟待解决的问题,展望了其发展趋势。     

糖化过程中阿拉伯木聚糖溶解及内切木聚糖酶随机进攻预测模型的建立

建立了糖化过程中阿拉伯木聚糖溶解及内切木聚糖酶随机进攻的预测模型,希望通过此模型能预测在不同初始条件和参数设置下糖化过程中阿拉伯木聚糖的浓度,以减少其在酿造过程中的负面作用。结果显示,此模型预测麦汁中阿拉伯木聚糖浓度的误差在-9.5%到+13.6%之间。工业验证模型的误差要大于实验室条件下的误差,分别为16.8%和17.9%。仿真结果表明,麦汁中阿拉伯木聚糖的浓度随糖化初始温度的升高而增加,而延长糖化初始时间能降低阿拉伯木聚糖的含量。并且麦芽中内切木聚糖酶活对麦汁中阿拉伯木聚糖的浓度的影响要远远小于麦芽中阿拉伯木聚糖的初始值。     

热解纤维素菌属F32中乙酰木聚糖酯酶Axe7的表征

【目的】从嗜热厌氧微生物热解纤维素菌属F32(Caldicellulosiruptor sp.F32)菌株中鉴定出可水解木聚糖侧链乙酰基团的脂酶。【方法】通过基因组序列注释、比对以及蛋白结构预测的方法,发现一个潜在的脂酶7家族的(CE-7)乙酰木聚糖脂酶Axe7。利用基因克隆、质粒构建以及在大肠杆菌中表达目标蛋白并纯化等实验方法,获得了该酶的重组蛋白。【结果】以4-甲基乙酸伞形酯(4-Methylumbelliferyl-acetate)作为底物时,该酶的最适反应p H在6.5-7.0之间,最适反应温度为85°C,在最适的温度和p H条件下,Axe7活性半衰期(Half-life)超过4 h。在不同金属离子(1.5 mmol/L)存在下,Axe7活性可保持为最适反应酶活的(66.3±4.6)%-(95.7±2.3)%之间,说明金属离子对其酶活有一定的影响。通过测定酶动力学发现Axe7的Km和kcat值分别为0.39 mmol/L和66.95 s-1。【结论】从高温厌氧微生物中发现并表征一个热稳定性良好的乙酰木聚糖脂酶,为木质纤维素的高温糖化和生物炼制提供了一个可工业化的潜在选择。     

阿拉伯木聚糖(Arabinoxylan)的开发利用

详细介绍了从稻糠中提取的阿拉伯木聚糖的组成、生化性质、药学作用及其在临床治疗和保健中的应用。     

草菇乙酰木聚糖酯酶的生物信息学分析

以草菇（Volvariella volvacea）乙酰木聚糖酯酶AXE、AXEII为研究对象,采用生物信息学方法对其核苷酸及编码的蛋白氨基酸序列、组成成分、信号肽、跨膜结构域、疏水性/亲水性、蛋白质三级结构等进行预测和分析,并构建了乙酰木聚糖酯酶蛋白家族的系统进化树。结果表明,草菇的AXE蛋白由349个氨基酸残基组成,编码蛋白质的分子量为37.55 ku,等电点为8.58,属稳定性蛋白质。AXEII由253个氨基酸残基组成,编码蛋白质的分子量为27.70 ku,等电点为5.82,属稳定性蛋白质。两者均为亲水性蛋白,存在信号肽,AXE与AXEII的潜在磷酸化位点总数分别为15个和11个。草菇的AXE与灰盖鬼伞（Coprinopsis cinerea）亲缘关系较近,AXEII与裂褶菌（Schizophyllum commune）亲缘关系较近。     

Bacillus pumilus阿拉伯呋喃糖苷酶的重组表达及水解木聚糖的研究

从短小芽孢杆菌中克隆阿拉伯呋喃糖苷酶基因xyn43并重组表达,有利于将该酶分离纯化后应用于其他半纤维素多糖的水解。该研究利用E.coli BL21表达系统对实验室克隆到的短小芽孢杆菌的α-L-阿拉伯呋喃糖苷酶基因xyn43进行重组表达并分析其酶学性质,将重组α-L-阿拉伯呋喃糖苷酶Xyn43和来源于棒曲霉突变菌株的商业木聚糖酶联合作用于燕麦木聚糖。结果表明:以燕麦木聚糖为底物,重组α-L-阿拉伯呋喃糖苷酶Xyn43的最适温度为50℃,最适p H为6.0。该酶在p H 5.0~10.0和45~55℃下较稳定。与木聚糖酶单独作用相比,重组Xyn43酶与商业木聚糖酶同时加入以及先用木聚糖酶水解后加入Xyn43酶,水解产物中的还原糖含量分别增加了16%和20%,木糖含量增加了35%和48%。该结果研究结果表明重组Xyn43酶能够和商业木聚糖酶协同降解燕麦木聚糖,提高水解效率,产生更多的木寡糖,阿拉伯糖和木糖。     

黑曲霉A3木聚糖酶酶学性质研究

黑曲霉Ａ３（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｎｉｇｅｒ Ａ３）的固体培养物浸出液,经过多步分离纯化后,获得三个组份的木聚糖酶,称为ｘⅠ、ｘⅡ和ｘⅢ。经７％凝胶浓度的盘状电泳分析均为单一组份。经等电聚焦电泳测ｘⅠ、ｘⅡ和ｘⅢ。的等电点分别为６．８、５．５和６．１。ＳＤＳ－ＰＡＧＥ测得亚基分子量（Ｄａ）分别为ｘⅠ,４２０００;ｘⅡ,２００００;ｘⅢ,３１０００。三个酶组份的最适反应温度分别为ｘⅠ,４０℃;ｘⅡ     

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…     

阿拉伯木聚糖（Arabinoxylans）治疗肥胖的研究进展

阿拉伯木聚糖是一种从小麦麦麸中提取的膳食纤维,可从调节炎症因子、脂肪因子等多方面发挥治疗肥胖的作用。本文综述阿拉伯木聚糖治疗肥胖的研究进展。     

不同蔬菜品种的木聚糖含量分析

目的：测定不同蔬菜品种的木聚糖含量,分析不同蔬菜品种木聚糖含量的差异,为蔬菜高值化加工及人们对蔬菜木聚糖膳食纤维精准补充提供科学依据。方法：以南方常见41个蔬菜品种为研究对象,采用稀酸水解、高效液相色谱法测定蔬菜木聚糖的含量。结果：不同蔬菜品种木聚糖的含量差异显著,41种蔬菜品种中,每100g新鲜原料木聚糖含量排名前3的分别是豌豆（2.37g）、蚕豆（2.19g）、甜玉米（1.86g）,其他蔬菜品种木聚糖含量均小于1.6g。根据食用器官蔬菜木聚糖含量平均值排序：花菜类>果菜类>茎菜类>食用菌类>根菜类>叶菜类。结论：补充蔬菜木聚糖膳食纤维,优选果菜类中的豆类。     

黄孢原毛平革菌木素过氧化物酶类在天然木素降解中作用的研究

通过诱变得到十一株木素过氧化物酶酶知降低的黄孢原毛平革菌突变株,用磷以理论分析了其木素过氧化物酶类的产生与木素降妥能力间的相关性,并从中筛选到一株木素过氧化物酶缺陷,锰过氧化物酶酶活明显降低的突变株,其木素降解能力为原始菌株的８０％左右。     

一株极端嗜热木聚糖分解细菌的分离及特性

从四川康定热温泉中分离出一株厌氧、极端嗜热的木聚糖分解细菌、该菌株革兰氏染色阴性 ,不运动 ,不形成芽孢 ,细胞呈杆状 ,单个或成对排列 ,宽 0. 7～ 1.0μm ,长 2 .0～ 5 .0μm .在木聚糖琼脂滚管上 75℃培养 3 d以后的菌落呈圆形、凸状、边缘整齐、透明、不产色素、发酵木聚糖产生二氧化碳、氢、乳酸、乙酸及微量乙醇 .