纤维素酶的研究进展

纤维素酶是能将纤维素分解为葡萄糖的一类酶.利用纤维素酶降解是处理纤维素废弃物的最有效方法.本文综述了纤维素酶分子结构,降解纤维素的机制,纤维素酶的提取及应用.并对纤维素酶的发展作了进一步的展望.     

纤维素酶降解机理的研究进展

纤维素酶在生物炼制过程中具有重要地位,因而十分有必要深度解析酶解作用机理.纤维素是由D-葡萄糖聚合形成的高分子聚合物,它的降解在木质纤维素解聚过程中最为关键,由于其分子结构相当稳定,需要纤维素酶各结构域及组分协同作用,才能将其高效降解为可利用的糖类.本文总结国内外学者对纤维素酶降解机理的最新进展,首先从纤维素酶分子结构与功能的相互作用出发,揭示结构与功能间的互作关系,阐述生物催化分子机制,可为优化酶结构增强酶功能提供理论依据;其次概述纤维素酶降解机理的作用特点,论述酶促协同及其外部环境对纤维素酶活力的重要影响,可为酶解体系优化设计提供借鉴;最后,结合纤维素酶降解机理总结概括了有效降低酶成本的途径.     

纤维素酶的吸附作用

本文讨论了维纤素酶的吸附作用。在相同条件下,纤维素酶的吸附作用,随着酶或底物的不同而不同。对同一种底物来说,能吸附在纤维素上的酶越多,这种酶的纤维素分解率越高。纤维素酶的吸附作用,与底物的化学组成和结构有关。木质素能吸附少量纤维素酶,但更重要的是,木质素的存在,妨碍了纤维素酶对纤维素的吸附作用。底物的 Km 值越小,纤维素酶的吸附作用越稳定。     

微生物中纤维素酶的研究进展

纤维素酶(cellulase)是一组能将纤维素降解为葡萄糖的酶的总称,广泛存在于多种生物体内.文章对微生物中的纤维素酶的分子结构、组成、作用机理以及应用等方面进行了概述.     

木质纤维素降解酶系的基础和技术研究进展

山东大学微生物学科从事纤维素降解研究已有五十多年的历史。在木质纤维素微生物降解机理研究的基础上,从自然界中筛选到一株能高效降解植物纤维类生物质的斜卧青霉菌株,并获得该菌的多株抗降解物阻遏纤维素酶高产突变菌株。最近,已完成了对多株斜卧青霉菌株的全基因组测序,正在利用系统生物学技术深入探讨其酶系组成和酶合成调控机理。选育出的高产突变株,已用于规模化生产工业用酶,并开发出玉米芯生物炼制生产纤维素乙醇技术。     

香菇栽培过程蔗渣培养基主要组分的降解和有关酶活的变化

以蔗渣为主要原料,添加少量麦麸栽培香菇,在培养的不同阶段,分析测定培养物的主要化学组成和有关酶活的变化。实验结果表明,香菇能大量利用栽培基质,至栽培终止时(200天),干物质消耗约80％;半纤维素、纤维素和木质素分别降解85％、80％和70％。基质的降解有一定阶段性,主要在栽培的前、中期。纤维素与木质素同时降解。滤纸纤维素酶、羧甲基纤维素酶和β葡萄糖苷酶以及半纤维素酶的活性,从菌丝生长阶段开始逐渐提高,至菇蕾生长时达到不同水平的活性高峰,采菇开始时迅速降至较低水平,而后继续缓慢下降(β-葡萄糖苷酶后期又回升除外)。多酚氧化酶和过氧化物酶只在菌丝生长时期出现,至子实体形成时期即行消失。     

酶酸结合法降解植物纤维素新工艺

以麦秸为材料,研究乙酸、盐酸等对纤维素酶降解纤维素的影响;设计出降解纤维素的2个工艺方案:方案1是先酸解后酶解;方案2是先酶解后酸解。在这2种工艺方案基础上,研究一种酶酸循环降解法(CDCA法)。研究结果表明:方案2优于方案1;CDCA法亦明显优于方案1和方案2;以CH3COOH,HCl和纤维素酶为降解剂,在常压、温度低于100℃、反应12～15 h的条件下,CDCA法能使纤维素转化成葡萄糖的转化率达98.68%,反应终液中葡萄糖质量分数达5.38%;与常规技术相比,CDCA法只需25%的醋酸、50%的盐酸和少量的酶,可以大幅度地降低纤维素转化成葡萄糖的成本;本研究的酶酸结合法降解纤维素新工艺具有条件温和、工艺简单、成本低和周期短等特点,该工艺方法可为发酵工业上以纤维素为原料从事乙醇、抗生素、SCP等产品的开发生产及环保上固态生活垃圾的生物处理提供科学依据。     

阴沟肠杆菌一个内切纤维素酶Cel8A的克隆和功能证实

【目的】为了解决纤维素的酶水解问题,分析能水解纤维素的微生物的相关基因。【方法】从阴沟肠杆菌(Enterobacter cloacae)的基因组数据中挖掘纤维素酶相关基因,发现开放读码框Cel8A和纤维素酶基因序列具有高相似性。利用重组表达技术在大肠杆菌中对Cel8A基因进行表达,纯化重组蛋白质并对该蛋白质进行功能鉴定。【结果】Cel8A蛋白质能水解羧甲基纤维素钠,它具有β-1,4-内切葡聚糖酶的水解特性。Cel8A的最适反应pH值为7.0,最适温度为40℃。【结论】成功克隆表达阴沟肠杆菌的Cel8A基因,并证实该基因编码的蛋白质具有β-1,4-内切葡聚糖酶活性,为进一步研究阴沟肠杆菌的纤维素酶组成以及纤维素降解机理奠定了基础。     

纤维素在离子液体-水介质中酶解的研究

在20%1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐离子液体([Emim]Ac)和水的混合溶液中,用纤维素酶和纤维二糖酶协同降解纤维素生产葡萄糖和其它还原糖,检验了2种酶的酶活比对纤维素降解的影响以及离子液体对2种酶的酶活的影响.结果表明,在适当的酶活比(如0.19)下,纤维素酶和纤维二糖酶可以有效协同纤维素的酶解,并显著提高葡萄糖(35.2%,72 h)和还原糖的产率(86.5%,72 h).葡萄糖和还原糖的生产在72 h后仍然持续增加.纤维素酶和纤维二糖酶的活性在[Emim]Ac中都会受到不同程度的影响.纤维二糖酶的酶活在反应初始的3 h陡降66.5%,但是随后会显示出在低酶活水平上的稳定性.     

β-葡萄糖苷酶促进纤维素降解的应用

为了提高纤维素酶的作用效率，降低薯蓣皂苷元提取过程中纤维素带来的传质阻力，从而提高薯蓣皂苷元产率，在酶解的预处理过程中对糖液进行分离并添加β-葡萄糖苷酶分解体系中的纤维二糖．通过对不同预处理方式进行比较，考察了β-葡萄糖苷酶在纤维素降解过程中的作用，分析了纤维素酶的作用机制和抑制机理，认为葡萄糖和纤维二糖对纤维素酶的抑制作用不可忽略利用实验结论对酶催化提取薯蓣皂苷元的工艺进行改进，使产率提高了29．3％．     

荻的蒸汽爆破预处理研究

研究了蒸汽爆破预处理对荻化学组成变化以及纤维素酶水解效率的影响,通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和红外光谱等分析爆破预处理对荻纤维形态、结构的影响.结果表明:蒸汽爆破预处理后物料中绝大部分半纤维素发生降解,部分木质素降解溶出,纤维素的相对含量有所提高;蒸汽爆破预处理后荻纤维表面和细胞壁受到不同程度的破坏,纤维素绝对结晶度降低,有利于酶水解作用进行;未处理原料的酶水解效率仅为14.38%,,蒸汽爆破预处理后纤维素酶水解效率最高达到了88.95%,.     

松材线虫纤维素酶的活性鉴定和病理分析

分别选取了不同来源的三株松材线虫,对其可能的致病因子纤维素酶进行了基因克隆,其大小分别为1159、1138和1159 bp.随后的同源性分析结果表明这三个基因与已报道纤维素酶基因BX-eng-3具有较高的同源性,仅于含有较多重复序列处存在重复次数的差异,同时,由此获得的亲缘关系的结果与RAPD分析结果一致.对四种纤维素酶进行表达及活性确认表明四种纤维素酶水解纤维素能力相当,即纤维素酶所具有的致病性与酶活力自身无关,而是与其表达量相关,暗示存在差异的基因序列可能是纤维素酶的连接域,不影响酶的活性.选取其中一种纤维素酶BXC10进行松树纤维素水解实验,分别进行扫描电镜观察、还原糖分析和小角X射线衍射分析,结果均表明纤维素酶能有效水解松树纤维素,是重要的松材线虫病的致病因子,进一步为酶学学说提供了理论基础.     

木质纤维素高效降解菌株的筛选及其对小麦秸秆的强化降解

为有效加速废弃生物质的转化速度,以林下土壤为菌种来源进行木质纤维素高效降解菌株的筛选和鉴定,利用BBD(Box-Behnken-Design)二阶模型优化其对木质纤维素的降解条件,并探究预处理对细菌菌株降解小麦秸秆的影响.结果显示,初筛共计筛选出5株对木质纤维素具有降解能力的细菌菌株,经复筛后获得1株对木质纤维素具有较强降解能力的细菌菌株(RS22),经16S rRNA基因鉴定为Klebsiella oxytoca.RS22的滤纸酶、羧甲基纤维素酶和半纤维素酶活性分别为1.01、0.82和5.87 U·mL^-1,其对木质纤维素的最佳降解条件为pH:6.8、温度：30.9℃和转速56.8 r·min^-1.小麦秸秆降解实验表明,经化学预处理后的小麦秸秆木质纤维素总量降低最为明显,达到了54.30%,各处理中滤纸酶、羧甲基纤维素酶和半纤维素酶活性均呈现随时间缓慢增加的趋势,而对照组中各种酶活性变化呈“M”型.结晶度分析显示,除粉碎预处理外,其他处理组的小麦秸秆生物降解后木质纤维素的结晶度均有一定的提高,说明RS22可以有效加速非晶态木质纤维素的降解...     

纤维素水解液对鸡腿菇纤维素酶诱导特征

利用正交实验法探讨纤维素不完全降解物诱导鸡腿菇产纤维素酶的特征．实验结果表明：分子结晶化程度及单体结构组成不同的纤维素原料的不完全降解物对菌种产纤维素酶的诱导有明显差异，其中结晶度低的高粱渣水解液96h可使纤维素酶FP活力高出对照组约30％；其次，水解液浓度和培养条件对菌菇产酶也有一定影响．诱导鸡腿菇产纤维素酶的最适条件为0．5％酸解高粱渣，25℃，100r／m转速，pH5．5．这可以为食用菌栽培生理的调控提供一定的基础数据．     

反胶束体系中纤维素酶降解纤维素的研究

为减小酶与表面活性剂之间的静电作用,提高酶的活性,在丁二酸二异辛酯磺酸钠(AOT)/异辛烷反胶束体系中加入了正辛醇,并用微量量热法研究了AOT/正辛醇/异辛烷反胶束体系中正辛醇浓度(c),含水量(wo),pH及温度(T)对纤维素酶降解纤维素的影响.结果表明,正辛醇的加入确实有利于纤维素酶活性的提高,而在上述反胶束体系中纤维素酶降解纤维素的最佳条件是c=0.11mol·L-1,w0=3.1,pH=5.01,T=315.57 K.     

一株降解小麦秸秆丝状真菌的筛选、鉴定及初步研究

利用涂布平板法从腐烂秸秆及枯枝烂叶中分离出71株丝状真菌.通过比较菌株秸秆粉降解产物对小麦生长的促进作用,获得一株可有效降解秸秆并促进小麦生长的菌株2-5-2.对其进行形态分析和rRNA序列鉴定,结果显示,该菌株为木霉属真菌.该菌株可产生纤维素酶、木质素酶、半纤维素酶、几丁质酶、蛋白酶、壳聚糖酶.平板对峙培养显示,该菌对多种病原真菌的生长有抑制或阻碍作用.固态发酵培养时,纤维素酶、半纤维素酶酶活在第11d达到最高;第28d,纤维素降解率达到21.13%,半纤维素降解率达到28.53%.     

纤维素酶与碱性纤维素酶的研究进展

介绍了纤维素分子结构，综述了近年产纤维素酶的微生物、纤维素酶的分子结构、纤维素酶分类、纤维素的降解机制和碱性纤维素酶等的研究进展。     

几种珍稀食用菌菌种纤维素酶系组分活性的比较

比较在液体和固体培养条件下鸡腿菇、秀珍菇、鲍鱼菇和杏鲍菇1号等4株珍稀食用菌产纤维素酶系的组分活力特征，分析菌菇降解纤维素基质的生理差异．结果显示：不同菌株的纤维素酶系组分活力存在显著的差异，其中C1组分活力相近，Cx组分鸡腿菇最强而鲍鱼菇最弱，β-葡萄糖苷酶组分活力也存在明显差异．实验还表明：采用低结晶化程度的纤维素基质对纤维素酶组分活力有较强的诱导作用．     

关于以甘油为阻遏剂选育纤维素酶高产菌株的方法

应用α-纤维素甘油平板,从一株拟青霉(Paecilomyces sp)经紫外线诱变后,篩选出21株能在过量甘油存在的条件下产生纤维素酶的突变株。以滤纸、滤纸加甘油和滤纸加磷酸甘油为碳源测定了其中4个突变株的C_1酶活、外切C_x酶活和滤纸酶活的产酶常数以及为葡萄糖所阻遏的情况,结果表明:它们的纤维素酶合成的调节机制并未发生改变。其所以能在过量甘油存在的条件下合成纤维素酶,实际上是甘油利用的缺陷型或部分缺陷型,而不是抗降解物阻遏的突变株。     

纤维素降解菌种的筛选测定及其对秸秆的降解

纤维素是广泛存在且难以降解的一类物质,含有较多纤维素的秸秆的处理也一直受到广泛关注.本实验从食堂餐厨垃圾、废水及被废水污染的土壤中获取样本,使用含有纤维素的培养基对其进行驯化筛选,并利用16S rRNA测序鉴定菌株种类.使用脱色圈方法验证其降解能力,用DNS法和分光光度法测定其多种纤维素酶和木质素降解有关酶的活力.计算...