纖維素占植物于重的35~5O,是地球上分布最廣、含量最豐富的碳水化合物。它是自然界中數量最大的可再生性物質,它的降解是自然界碳素循環的中心環節。纖維素的利用與轉化對于解決世界能源危機、糧食短缺、環境污染等問題具有十分重要的意義。自從1906年在蝸牛消化道發現纖維素酶以來,纖維素的微生物降解問題就得到了國內外學者的很大關注]。纖維素被徹底分解而又無污染的一條有效途徑,就是利用纖維素酶的水解作用。
纖維素酶是一種復合酶,主要由葡聚糖內切酶、葡聚糖外切酶和B-葡萄糖苷酶等組成,還有很高的木聚糖酶活力。由于纖維素酶在飼料、酒精、紡織和食品等領域有巨大的市場潛力,因此已被國內外業內人士看好。它將是繼糖化酶、淀粉酶和蛋白酶之后的第四大工業酶種,在中國甚至完全有可能成為第一大酶種,故纖維素酶是酶制劑工業中的一個新的增長點。它的生產對人類生存環境的改善和可持續發展有著舉足輕重的影響。
1纖維素酶的性質
纖維素酶廣泛存在于自然界的生物體中,細菌、真菌、動物體內都能產生纖維素酶。一般用于生產的纖維素酶來自于真菌,比較典型的有木霉屬(Trichoderma)、曲霉屬(Aspergillus)和青霉屬(Penieillium)。
1.1纖維素酶的組成與分類
纖維素酶(cellulase)是指能水解纖維素B一1,4葡萄糖苷鍵,使纖維素變成纖維二糖和葡萄糖的一組酶的總稱,它不是單一酶,而是起協同作用的多組分酶系,即葡聚糖內切酶(EC3.2.1.4,也稱CX酶)、葡聚糖外切酶(EC3.2.1.91,也稱C1酶)、B-葡萄糖苷酶(EC3.2.1.21,也稱纖維二糖酶)三個主要成分組成的誘導型復合酶系。
CX酶能在纖維素酶分子內部任意斷裂B—1,4糖苷鍵。C1酶能從纖維分子的非還原端依次裂解p一1,4糖苷鍵釋放出纖維二糖分子。葡萄糖苷酶能將纖維二糖及其他低分子纖維糊精分解為葡萄糖。C1酶和CX酶主要溶解纖維素,纖維二糖酶主要將纖維二糖、纖維三糖轉化為葡萄糖,當三個主要成分的活性比例適當時,就能協同作用完成對纖維素的降解。其酶催化效率高,比單一酶高106~107倍。
1.2纖維素酶的理化特性
不同來源的纖維索酶的理化特性都不盡相同。內切型酶的分子量介于23~146kDa之間,如真菌的異構酶EGI和EGIII,EG1分子量約為54kDa,EGII1分子量約為49.8kDa。但也有例外,纖維粘EG有兩種菌的內切酶分子量只有6.3kDa。外切型酶的分子量介于38~118kDa之間,如木霉的CBH有兩種異構酶CB—HI和CBHII,CBH1分子量約為66kDa,CBHII
約為53kDa。
通過對纖維素酶一級結構和三級結構的研究發現,纖維素酶分子普遍具有類似的結構,由球狀的催化結構域(catalyticdomains,CD)、連接橋(1inker)和纖維素結合結構域(cellulose-bindingdomains,CBD)三部分組成。外切酶的活性位點位于一個長環狀通道中,它只能從纖維素鏈的非還原性末端切下纖維二糖。
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