纖維素酶的研究概述

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1、纖維素酶的研究概述摘要：由于纖維素酶對地球上廣泛存在的纖維素具有水解作用，已經(jīng)被應(yīng)用于越來越多的領(lǐng)域。纖維素酶是多酶體系，它由內(nèi)切葡聚糖酶、外切葡聚糖纖維二糖水解酶和葡萄糖苜酶三種組分組成，三種組分協(xié)同作用才能降解纖維素。不同菌種分泌的纖維索酶的三種組分比例不同，故其在發(fā)揮作用是的活性也冇很人區(qū)別。因此，纖維素酶高產(chǎn)菌種的選育非常重要，主要手段有常規(guī)理化誘變、基因重組技術(shù)、基因定位突變技術(shù)、細(xì)胞融合技術(shù)。其在工業(yè)上主要采用液態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)。關(guān)鍵字：纖維素酶菌種選育液態(tài)發(fā)酵1纖維素酶簡介纖維素酶是一種對纖維素大分子的水解具有特殊催化作用的活性

2、蛋白質(zhì)，它是一組酶的總稱，不是單成分酶，而是由多個酶起協(xié)同作用的多酶體系。其外觀為灰白色的無定形粉末或液體；最適作用溫度為40°C-55°C；反應(yīng)最適PH值為4.0?6.0；在40°C~70°C以卜?穩(wěn)定存在；溶于水，幾乎不溶于乙醇、乙瞇和氯仿等有機(jī)溶劑；該酶催化效率高，比一般酶高106?IO?倍。自1906年Seillere在蝸牛的消化液屮發(fā)現(xiàn)纖維素酶至今已有一百余年了，現(xiàn)在纖維素酶己被廣泛應(yīng)用于食品、釀酒、飼料加工、紡織、洗衣、農(nóng)業(yè)等多個領(lǐng)閾人食品方而，纖維素酶被應(yīng)用于果實(shí)和蔬菜加工、油料作物加工、茶葉加工、酒精生產(chǎn)、啤酒生產(chǎn)、食醋

3、釀造、醬油釀造等生產(chǎn)工藝。在飼料工業(yè)中，纖維素酶用來制備低纖維飼料、飼料酶制劑、水解植物纖維生產(chǎn)飼料酵母。在紡織工業(yè)屮，纖維素IW被用于纖維改性，真絲脫膠，染整的退漿、精煉、整理加工等方面。纖維素酶還被用于解決“口色污染”問題。纖維素酶用于造紙工業(yè)，利用外切纖維素酶只從末端切斷纖維素的作用原理，可以捉高紙張的光潔度〔2〕。纖維素酶在自然界分布極為廣泛，昆蟲、軟體動物、高等植物、細(xì)菌、放線菌和真菌都能產(chǎn)生纖維索酶⑶。反芻動物的瘤胃以及豬人腸也冇分解纖維索的細(xì)菌存在。纖維素晦的來源主要有三方面：植物、動物和微生物。纖維素酶雖然在植物中廣泛存

4、在，且在植物發(fā)育的某些階段發(fā)揮著水解細(xì)胞壁的作用，如果實(shí)成熟、蒂柄脫落等，但從植物屮提取纖維素酶比較困難，目?含量不高。很多食木性的動物及食草動物Z所以可以以植物為食物來源，主耍是因?yàn)槠潴w內(nèi)存在內(nèi)源性的纖維素酶，但是依靠這類動物來進(jìn)行工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)也比較困難。工業(yè)化纖維索酶的生產(chǎn)主要采用微生物來進(jìn)行。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，20世紀(jì)60年代以來國內(nèi)外共記錄了產(chǎn)纖維素酶的菌株大約有53個屬的幾千個菌種。由于放線菌纖維素酶的產(chǎn)量極低，所以研究很少。細(xì)菌纖維素酶產(chǎn)量也不高，主要是葡聚糖內(nèi)切酶,大多數(shù)對結(jié)品纖維素沒有降解活性，且所產(chǎn)生的酶是胞內(nèi)酶或吸附

5、在細(xì)胞壁上，不分泌到培養(yǎng)液中，增加了提取純化的難度，所以工業(yè)上很少采用細(xì)菌作為生產(chǎn)菌株⑷。目前用于生產(chǎn)纖維索酶的微生物較多的是絲狀真菌，其中酶活力較強(qiáng)的菌種為木霉、曲霉、根霉和青霉，以木霉屬菌種居多，較為典型的有里氏木霉、綠色木霉、康氏、木霉。2纖維素酶的組成與功能1933年Grassman從一種真菌產(chǎn)生的纖維素酶系中分辨出兩個組分。1950年，Resse等提出了著名的“CU假說⑸來闡述纖維索酶的作用方式，該假說的主要觀點(diǎn)為：纖維素酶是一個三組分的混合物，分別命名為G酶、G酶和0?葡萄糖甘酶。它們對纖維素的作用方式不同，G酶作用于纖維素

6、的結(jié)晶區(qū)，使Z轉(zhuǎn)變?yōu)榭杀籙酶作用的形式；G酶隨機(jī)水解非結(jié)品纖維素、可溶性纖維素衍生物和葡萄糖的B-1,4-寡聚物；B■葡萄糖昔酶將纖維二糖和纖維三糖水解成葡萄糖。在水解天然纖維索（高結(jié)晶纖維索）時，G酶和G酶是分階段協(xié)調(diào)作用的，將已轉(zhuǎn)化成無定形纖維素的部分水解為水溶性產(chǎn)物。假說的提出引起了各國科學(xué)家對纖維素酶基礎(chǔ)研究的極大興趣。上世紀(jì)六十年代以來由于分子篩和離子交換樹脂等技術(shù)的應(yīng)用，纖維素酶的多組分性質(zhì)得到了證實(shí)。但是，Resse等提出的G酶和G酶分階段水解纖維素的設(shè)想，即G、G以及B■葡萄糖昔酶必須同時存在方能水解天然纖維索在以后的實(shí)

7、驗(yàn)屮并未獲得證實(shí)，因?yàn)槿粝扔肎嗨與底物（結(jié)晶纖維素）作用，然后將G嗨與底物分開再加入G酶，其結(jié)果并不能將結(jié)晶纖維素水解。Wood等人以及我國的微生物工作者分離鑒定了Cj酶，改變了?酶的非水解作用的概念。認(rèn)為C］酶是一種水解酶，它不易作用于竣甲基纖維素，而能作用于結(jié)晶纖維索、磷酸膨脹纖維索等，主要產(chǎn)物是纖維二糖，因而證明C］酶基木上是一種P-1,4■葡聚糖纖維二糖水解酶。Nisizawa等人發(fā)現(xiàn)Cx酶降低棉花聚合度的速度比G酶快得多，因此認(rèn)為Cx酶先作用于纖維素，產(chǎn)生聚合度較低的碎片，C］酶從這些碎片末端開始將其水解成口J溶性糖。從這個意

8、義而言，認(rèn)為Reese等的假說應(yīng)該顛倒過來，變?yōu)椤癈VG”假說。1980年以來，隨著分子生物學(xué)的發(fā)展，人們對纖維素的研究取得了突破性進(jìn)展，纖維素酶的作用方式也逐漸明朗。近期研究認(rèn)為，G、G都是水解酶，而且是