β-葡萄糖苷酶研究进展
可再生资源纤维素酶的研究进展
可再生资源纤维素酶的研究进展【摘要】纤维素酶是一类能够水解纤维素的β-D-糖苷键生成葡萄糖的多组分酶的总称。
传统上将其分为3类：内切葡聚糖酶、外切葡聚糖酶和β-葡萄糖苷酶。
纤维素酶属于糖苷水解酶类，本文综述了纤维素酶分子结构，降解纤维素的机制，总结了纤维素酶近年来的主要进展与研究趋势。
【关键词】纤维素酶；结构；进展纤维素类物质是自然界中最廉价、最丰富的一类可再生资源。
如果将天然纤维素降解为可利用的糖类物质，再进一步转化为乙醇、菌体蛋白、气体燃料等物质，对解决当今世界所面临的环境污染、资源紧张和能源危机等问题具有重大现实意义。
而降解纤维素效果最好的是纤维素酶。
它是一类能够将纤维素降解为葡萄糖的多组分酶系的总称，它们协同作用，将纤维素降解为寡糖和纤维二糖，最终水解为葡萄糖。
1 纤维素酶的来源纤维素酶的来源很广泛，真菌、细菌、放线菌等均有能产生纤维素酶的报道。
目前国内外最主要的是利用真菌来发酵产纤维素酶。
目前，绿色木霉和黑曲霉被公认是产纤维素酶最稳定和无毒安全的菌种，对研究纤维素酶的性质以及分离纯化等都比较方便。
2 纤维素酶的种类及降解机理习惯上将纤维素酶分成三种主要成分：(1)外切型葡聚糖酶：(C1酶, ) ; (2)内切型葡聚糖(Cx酶）；( 3)β - 葡聚糖苷酶( 纤维二糖酶)。
C1酶主要作用于不溶性纤维表面，使纤维素结晶链开裂，长链纤维素分子末端部分游离和暴露，使纤维素易于水化，经C1酶作用后的纤维素分子结晶结构被破坏，Cx酶即吸附在纤维素分子上面，从键的内部任意位置切开β - 1, 4 - 糖苷键，将纤维素分子断裂为纤维二糖和纤维三糖等。
最后这些被裂解产物由β - 葡聚糖苷酶分解为葡萄糖。
2.1 纤维素酶对纤维素分子的吸附作用纤维素酶对纤维素的降解是从吸附于纤维素分子开始的，纤维素酶的吸附不仅与酶本身性质有关，也与底物的特性有密切相关，而吸附过程是否可逆视具体酶的种类而定。
此外，纤维素酶的吸附机制并未弄清，仍需做进一步研究。
植物β-葡萄糖苷酶的研究进展
生物资源 2021,43(2 ):101〜109Biotic ResourcesDOI ： 10. 14188/j. ajsh. 2021. 02. 001植物，葡萄糖苷酶的研究进展王晨，李家儒(武汉大学生命科学学院杂交水稻国家重点实验室，湖北武汉430072)摘要：广葡萄糖苷酶是一种糖苷水解酶，广泛存在于动物、植物和微生物中。
f 葡萄糖苷酶能够水解非还原性末端糖基， 在植物细胞壁代谢、植物激素激活以及逆境防御等方面发挥着重要作用。
/?-葡萄糖苷酶依据其氨基酸序列可以分为GH 1、0只3、0145、0只7、0只9、0只12、0只35、0扣16等8个家族；但是，目前仅对(^1和0只3有较深人的研究，其他家族的功能依旧不清楚。
综述了近年来植物中&葡萄糖苷酶的结构、理化性质、底物特异性、催化机制以及糖苷水解酶家族在植物中的功能等 方面的研究进展，总结了植物中/?_葡萄糖苷酶研究中存在的问题，并指出今后的研究方向。
关键词：泽葡萄糖苷酶；基因家族；活性位点；异源表达中图分类号：Q946.5文献标志码：A文章编号：2096-3491(2021)02-0101-09Research progress of plant j?-glucosidaseWANG Chen，LI Jiaru(Sate Key Laboratory of Hybrid Rice, College of Life Sciences, Wuhan University, Wuhan 430072,Hubei,China)Abstract ： /?-glucosidase is a glycoside hydrolase, widely found in animals, plants and microorganisms, ^-glucosi-dase can hydrolyze non-reducing terminal glucosides in plants, and thus it plays an important role in plant cell wall metabolism, phytohormone activation and defense response. /?-glucosidase can be divided into G H 1, GH 3, GH5, GH 7, G H9, GH12, GH35, GH116 based on amino acid sequence. However, only GH1 and GH3 have been studied deeply, and the functions of other families are still unclear. The research progress on the structure, physicochemical properties, substrate specificity, catalytic mechanism and the function of /?-glucosidase in plants in recent years are reviewed in this paper. Problems in the research are summarized and the future research direction is pointed out.Key words ： /?-glucosidase ； gene family ； active site ； heterologous expression〇引言丨葡萄糖昔酶（/?-glucosidase,EC 3.2. 1.21)，也 称为葡萄糖糖苷水解酶，是一类纤维素酶，能够 从含糖化合物中催化水解末端的非还原性/?-〇-糖苷 键，释放出^-D -葡萄糖及相应的单糖、寡糖或复合 糖。
β-葡萄糖苷酶的研究进展
化工能源化 工 设 计 通 讯Chemical EnergyChemical Engineering Design Communications·144·第47卷第2期2021年2月β-葡萄糖苷酶也称为β-D-葡萄糖苷葡萄糖水解酶，其可以水解释放出β-D-葡萄糖及相关配基。
1837年研究人员在苦杏仁中发现了β-葡萄糖苷酶，随后研究调查得出β-葡萄糖苷酶在植物和昆虫及细菌体内广泛存在，β-葡萄糖苷酶参与了生物体内的糖代谢过程，对维持生物正常的生理功能有重要作用。
β-葡萄糖苷酶参与EMP 糖酵解的途径属于参与双歧杆菌糖代谢的有关酶系。
哺乳动物和人体内的乳糖酶/根皮苷（LPH ）水解酶也包含着芳基-β-葡萄糖苷酶，乳糖酶/根皮苷由于涉及成人型乳糖酶缺乏病得到广泛实验研究，同时β-葡萄糖苷酶可以使得水果和蔬菜及茶叶中的风味前体物质水解为有浓郁天然风味的香气物质，可以协助纤维素酶降解纤维素[1]。
1 β-葡萄糖苷酶简介β-葡萄糖苷酶分布比较广泛，普遍存在于植物的种子和微生物中，动物中也存在着大量的β-葡萄糖苷酶，根据酶对底物水解所具有的专一性特点，β-葡萄糖苷酶主要有芳香基-β-葡萄糖苷酶和烃基-β-葡萄糖苷酶及多底物特异性β-葡萄糖苷酶三种类型。
根据酶的结构和催化结构域的氨基酸序列等特点对其分类时，糖苷水解酶的GH1和GH3家族中所包含着的β-葡萄糖苷酶最多[2]。
β-葡萄糖苷酶是纤维素酶当中不可缺少的重要方面，随着时代的进步发展，像目前我国的医疗、食品乃至其他行业领域内，都有β-葡萄糖苷酶的应用身影。
最为关键的是，在我国经济等方面迅速发展的基础上，所带来了环境污染问题，鉴于严重的环境能源危机下，社会各界人士对β-葡萄糖苷酶提出了极高的关注程度。
通过实际调查发现，在对β-葡萄糖苷酶实施水解过程中，还存在的很大的困难就是纤维素彻底降解为单糖。
站在基因工程与蛋白质工程视角下进行分析，已经获取到了良好的β-葡萄糖苷酶。
_葡聚糖酶的特性_功能及应用研究
β-葡聚糖酶的特性、功能及应用研究何玮璇张永亮（华南农业大学动物科学学院，广东广州610642）[中图分类号]S816.7[文献标识码]C[文章编号]1005-8613（2010）08-0019-03广东饲料第19卷第8期2010年8月β-葡聚糖是一类非淀粉性多糖（NSP ），作为谷物类植物细胞壁成分之一，在大麦、燕麦、小麦等胚乳细胞壁中含量尤为丰富。
因畜禽体内缺乏分解β-葡聚糖的酶，β-葡聚糖在消化道中吸水膨胀变得黏连等性质，使其成为限制麦类饲料营养成分有效利用的主要抗营养因子。
研究表明，饲料中添加β-葡聚糖酶可消除β-葡聚糖的抗营养作用，因此对β-葡聚糖酶特性及其应用的研究一直受到人们广泛关注，本文介绍了β-葡聚糖酶的特性与功能、研究与应用等方面，并对其应用前景和方向作了展望。
1β-葡聚糖酶的功能与特性1.1β-葡聚糖酶的种类及功能β-葡聚糖酶按来源可分为植物性β-葡聚糖酶和微生物性β-葡聚糖酶，后者又可再分为细菌性β-葡聚糖酶和真菌性β-葡聚糖酶，人和畜禽体内缺乏β-葡聚糖酶。
现在人们主要从细菌如枯草芽孢杆菌或真菌如黑曲霉、木霉等微生物中提取β-葡聚糖酶。
根据酶作用底物糖苷键的类型和机制，可将β-葡聚糖酶分为纤维素酶、昆布多糖酶、内切β-1，3-葡聚糖酶等，其名称与功能如表1所示。
其中因β-1，3-1，4-葡聚糖在和燕麦等胚乳细胞壁中含量达70%左右，习惯上人们把1，3-1，4-β-葡聚糖称为β-葡聚糖，把相应的β-1，3-1，4-葡聚糖酶称为β-葡聚糖酶。
[收稿日期]2010-7-05编码（EC ）习惯名系统名功能3.2.1.4纤维素酶1,4-（1,3；1,4）-β-D 葡聚糖-4葡聚糖水解酶内切纤维素和含有1,3、1,4糖苷键的β-D-葡聚糖的1,4糖苷键3.2.1.6昆布多糖酶1,4-（1,3；1,4）-β-D 葡聚糖-3（4）葡聚糖水解酶当葡萄糖残基的还原基团参与的糖苷键在其C(3)位被取代时,该酶水解葡萄糖残基的另一1,3或1,4-β糖苷键3.2.1.21β-葡萄糖苷酶（纤维二糖酶）β-D 葡萄糖苷葡萄糖水解酶水解β-D-糖苷的非还原性末端，释放出β-D-葡萄糖3.2.1.39内切1,3-β葡聚糖酶1,3-β-D-葡聚糖葡聚糖水解酶内切1,3-β葡聚糖中的β-1,3糖苷键3.2.1.58外切1,3-β葡聚糖酶1,3-β-D-葡聚糖葡聚糖水解酶外切1,3β葡聚糖，释放出葡萄糖3.2.1.71内切1,2-β葡聚糖酶1,2-β-D-葡聚糖葡聚糖水解酶内切1,2-β葡聚糖中的β-1,2糖苷键3.2.1.73地衣多糖酶（1,3,-1,4-β-葡聚糖酶）1,3-1,4-β-D-葡萄糖4-葡聚糖水解酶内切1,3-1,4-β-D-葡萄糖中的1,4糖苷键3.2.1.74外切1,4-β葡聚糖酶1,4-β-D-葡聚糖葡聚糖水解酶从纤维素的非还原性末端切下葡萄糖3.2.1.75内切1,6-β葡聚糖酶1,6-β-D-葡聚糖葡聚糖水解酶内切1,6-β-葡聚糖3.2.1.91外切β-1,4-葡聚糖纤维二糖水解酶β-1,4-葡聚糖纤维二糖水解酶逐个切下纤维素非还原性末端的纤维二糖残基注：参考Pitson et a1．(1993)表1β-葡聚糖水解酶的名称及功能19··1.2β-葡聚糖酶的分子结构不同种类的β-葡聚糖酶结构差异很大，如植物来源和细菌来源的β-葡聚糖酶无论是氨基酸排列还是三维空间结构上基本没有相似性。
_葡萄糖苷酶抑制剂的研究进展及食品源抑制剂的开发前景
α-葡萄糖苷酶抑制剂的研究进展及食品源抑制剂的开发前景聂莹1，陈俊帆1，苏东海2，韭泽悟3，李志姣1，*程永强1（1.中国农业大学食品科学与营养工程学院，北京100083；2.北京电子科技职业学院，北京100029；3.日本国际农林水产业研究中心，日本筑波305-8686）摘要：随着世界上糖尿病患者的不断增加，除了传统的药物治疗以外，如今糖尿病及营养学专家更希望患者添加对辅助降血糖食品的应用，并建议用食疗的方法调节血糖水平，有效预防糖尿病的产生。
在众多辅助降糖保健食品中，糖类物质、多酚类、黄酮类、磷脂酸类、生物碱等作为α-葡萄糖苷酶活性抑制剂，在降血糖方面起着极其重要的作用。
关键词：糖尿病；α-葡萄糖苷酶抑制剂；降血糖；保健食品中图分类号：Q814文献标志码：Adoi ：10.3969/jissn.1671-9646（X ）.2012.03.004Progress in α-Glucosidase Inhibitor and ApplicationProspect of Inhibitors from FoodNIE Ying 1，CHEN Jun-fa n 1，S U Do ng -ha i 2，S ATORU Nira sa wa 3，LI Zhi-jia o 1，*CHENG Yo ng -qia ng 1（1.Fo o d S cie nse a nd Nutritio na l Eng ine e ring Co lle g e ，China Ag ricultura l Unive rsity ，Be ijing 100083，China ；2.Be ijing P o lyte chnic Institute ，Be ijing 100029，China ；3.Ja pa n Inte rna tio na l Re se a rch Ce nte r fo r Ag ricultura l S cie nce s ，Tsukuba 305-8686，Ja pa n）Abstra ct ：With the dra ma tica lly incre a se d po pula tio n o f dia be tic pa tie nts ，do cto rs a nd nutritio nists a re mo re like ly to re co mme nd the ir pa tie nts to ta ke in fo o d stuff with the functio n o f de cre a sing blo o d g luco se ，in o rde r to pre ve nt a nd tre a t dia be te s by die ta ry a nd fo o d the ra py inste a d o f ta king in la rg e do se o f re le va nt me dicine with side e ffe ct.α-g luco sida se inhibito r ，including sa ccha ride s ，po lyphe no ls ，fla vo no ids ，pho spha tidic a cids ，a lka lo ids ，de rive d fro m da ily fo o d stuff a re pla ying critica lly impo rta nt ro le in re ductio n o f blo o d g luco se a nd the ir usa g e s a re discusse d in this pa pe r.Ke y wo rds ：dia be te s ；α-g luco sida se inhibito r ；hypo g lyce mic e ffe ct ；he a lth fo o d糖尿病（Diabe te s Me llitus ，DM ）是一种病因复杂的代谢疾病，其主要特点是慢性高血糖，伴随因胰岛素（INS ）分泌及/或作用缺陷引起的糖、脂肪和蛋白质代谢紊乱。
黑曲霉β-葡萄糖苷酶基因在大肠杆菌中的克隆与表达
表达检测其蛋 白表达形式 和活性 ， 为构建食 品级载体做准备 。
基金项 目： 国家 自然科学基金（ ｏ ０ ７ ５０ ３ ８ ２９ ） 中央高校基本 国家重点实验室 ＭＥ Ｑ Ｎ ７ ２７ ， ７ ３３ ； ３ ０ Ｋ Ｏ博士构 建 的 ｐ Ｉ９ ．Ｇ２质 粒为模 ＰＣ Ｋ １ １ ３ 科研业务费专项资金资助（ ｏ Ｋ ２ ０ ０ １ Ｊ Ｑ ０９ ２ ） Ｎ Ｙ ０ ９ ２ ， ２０ ０ ２ Ｊ Ｋ
关于黑 曲霉 Ｂ葡 萄 糖苷 酶 基 因 的研 究 报道 仍 然 较 少 ］ 一 。
本课题 将 黑 曲 霉 的 Ｂ葡 萄 糖 苷 酶 基 因 （ ｅ Ｂ ｎ ． Ｇ ｎ ａｋ登 录 号
Ｅ ２ ３ ８ ． ） 隆到 原 核表 达 载 体 ｐ Ｔ２ ａ上 ， Ｕ３７８１ 克 Ｅ ．８ 转化 Ｅ ｃｌ ． ｏ ｉ Ｂ２１ Ｄ ３ 进行 ， Ｉ （Ｅ ） 运用 Ｃ ｌ ９培养基 筛 选 阳性 克隆 ， ｅ— Ｍ 并诱 导
的是丝状真菌 ， 主要为曲霉属和木霉属 ， 而细菌 中研究较 多的 是芽孢杆菌属 Ｊ 。 研究表 明， 黑曲霉 是 Ｂ葡 萄糖 苷酶 酶活 较高 的菌株 ， 一 但
２ ０ｍ ，２ ℃ 高压蒸 汽灭 菌 １ ｎ ２ ０ｍｌ１ｍｏ ・ Ｍｇ ０ ｌ１ １ ５ｍｉ） ０ ， ｌＬ ．
Ｂ ｌ ｌ１ｎｔ ｇｎ ａｍ ｎ ｙＰ Ｒ， ｌｎｄｉｔ ｐ Ｔ２ ａｖｃ ｒ ｎ ａｓ ｒ ｄｉｔ Ｅ ｃｌＢ ２ Ｄ ３ ， ｃｅｎｄｃ ｎ ｓ ｙＣ ｌ ｇ ｆ １ ｅｇ ｅｅｆ ｇ ｅ ｔ Ｃ ｃｏｅ ｏ Ｅ －８ ｅｔ ｄｔ ｎｆ ｍｅ ｏ ．ｏ Ｌ １（ Ｅ ） ｓｒｅ ｅ ｌ ｅ ｂ ｅ ２ ｕ． ｈ ｒ ｈ ｎ ｏａ ｒ ｏ ｎ ｉ ｏ —
ｐ Ｔ２ ａ载体 ， Ｅ ．８ 转化 Ｅ ｃｌＢ２１ Ｄ ３ ，ｅ． ９培养基筛选 阳性克 隆， Ｄ Ａ测序分析 ， ．ｏ Ｉ （ Ｅ ） ｃ １ ｉ Ｍ 经 Ｎ 成功构建 ｐ Ｔ ８ ・ｇ Ｅ ２ ａＢ ｌ 达载体 。Ｓ Ｓ ２表 Ｄ— ＰＧ Ａ Ｅ显示 ， 重组菌经 ＩＴ Ｐ Ｇ诱导后表达 了 目的蛋 白 ， 其相对 分子质量 与预期 结果相符 。结果 Ｓ ＳＰ Ｇ Ｄ ．Ａ Ｅ显示蛋 白以包涵体形式表达 ， 克隆可用 ｅ ｌ ９培养基筛选 。结论 ｅＭ －
β-葡萄糖苷酶的性质及其在食品加工中的应用研究进展
β-葡萄糖苷酶的性质及其在食品加工中的应用研究进展姚瑶;刘庆;刘福;姚彦彤;朱森林;蒋红英【摘要】β-葡萄糖苷酶广泛存在于各类水果、植物及微生物中,能够水解果蔬中本身不具有香味且不易挥发的风味物质,对果蔬风味增香及食品加工过程中香气物质的释放起重要作用.为促进β-葡萄糖苷酶的工业化生产和应用,从β-葡萄糖苷酶的来源、主要性质、酶解增香机理及在工业加工中的应用等方面进行综述,并结合实际展望了该酶在工业化制备和改善饮品风味等方面进一步应用的可能性.%β-glucosidase,as one of the key enzymes improving the fruits and vegetables flavor,can hydrolyze the flavor precursors and then release the volatile aroma components.It widely exists in all kinds of fruits,plants and microorganisms.In order to promote industrial production and application of β-glucosidase,in this paper the authors review thesource,characteristics,enzymatic hydrolysis mechanism and the application ofβ-glucosidase in industrial progress.Meanwhile,the authors prospect the potential for further application in industrialized preparation and improve the food flavor.【期刊名称】《贵州农业科学》【年(卷),期】2018(046)002【总页数】4页(P132-135)【关键词】β-葡萄糖苷酶;增香;食品工业;应用【作者】姚瑶;刘庆;刘福;姚彦彤;朱森林;蒋红英【作者单位】浙江师范大学地理与环境科学学院,浙江金华321004;浙江师范大学地理与环境科学学院,浙江金华321004;浙江师范大学地理与环境科学学院,浙江金华321004;浙江师范大学地理与环境科学学院,浙江金华321004;金华职业技术学院农业与生物工程学院,浙江金华321007;金华职业技术学院农业与生物工程学院,浙江金华321007【正文语种】中文【中图分类】S188+.3β-葡萄糖苷酶(EC 3.2.1.21)最早于1837年在苦杏仁汁中被发现，此后陆续发现其在自然界的多种动植物和酵母菌、霉菌等细菌及真菌体内广泛存在，是芳香前体物质水解、结合态糖苷配基释放的有效催化剂[1]。
β-葡萄糖苷酶研究资料
β-葡萄糖苷酶的研究1837年，Liebig和Wohler首次在苦杏仁汁中发现了β-葡萄糖苷酶。
β-葡萄糖苷酶(EC 3.2.1.21)的英文名是β-glucosidase，属于水解酶类，又称β-D-葡萄糖苷水解酶，别名龙胆二糖酶、纤维二糖酶和苦杏仁苷酶。
它可催化水解结合于末端非还原性的β-D-糖苷键，同时释放出配基与葡萄糖体。
β-葡萄糖苷酶广泛存在于自然界中，它可以来源于植物、微生物，也可来源于动物。
β-葡萄糖苷酶的植物来源有人参、大豆等；微生物来源的报道较多，如原核微生物来源的有脑膜脓毒性黄杆菌(Flavobacterium meningosepticum)、约氏黄杆菌(Flavobacterium johnsonae)等，真核生物来源的有清酒酵母(Candida peltata)、黄孢原毛平革菌（Phanerochaete chrysosporium）等；β-葡萄糖苷酶的动物来源有蜜蜂、猪肝和猪小肠等。
鉴于β-葡萄糖苷酶的研究广泛，本文对其一些研究进展进行讨论。
1 β-葡萄糖苷酶的分类β-葡萄糖苷酶按其底物特异性可以分为3类：第一类是能水解烃基-β-葡萄糖苷或芳香基-β-葡萄糖苷的酶，此类β-葡萄糖苷酶能水解的底物有纤维二糖、对硝基苯-β-D-葡萄糖苷等；第二类是只能水解烃基-β-葡萄糖苷的酶，这类β-葡萄糖苷酶能水解纤维二糖等；第三类是只能水解芳香基-β-葡萄糖苷的酶，这类酶能水解对硝基苯-β-D-葡萄糖苷等类似物。
2 β-葡萄糖苷酶的提取、纯化及酶活测定方法2.1 β-葡萄糖苷酶的提取方法不同来源的β-葡萄糖苷酶，其提取方法也有所不同。
动植物体及大型真菌中的糖苷酶一般需要对酶源进行组织捣碎，然后用缓冲液浸提。
常用的缓冲液有磷酸盐缓冲液、醋酸盐缓冲液、柠檬酸盐缓冲液等。
pH值一般选用酶的稳定pH值；提取温度适于低温，一般为4 ℃。
利用微生物发酵法生产β-葡萄糖苷酶是β-葡萄糖苷酶的另一来源，一般微生物发酵都采用液态发酵。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
β-葡萄糖苷酶研究进展1.1问题的提出及意义随着能源危机、食物短缺、环境污染等问题正日益严重地困扰着整个世界，寻找开发新能源、节省粮食、减少环境污染显得越来越重要。
纤维素类物质是自然界中存在的最廉价、最丰富的一类可再生资源。
全世界每年的植物体生成量高达100-500亿吨干物质，其中一半以上为纤维素和半纤维素[1]。
纤维素在一定条件下可以被水解成单糖，单糖可再通过微生物发酵生产各种有用的产品，如饲料、燃料、化工原料、食品、药品等，并且可取代目前的淀粉原料发酵生产的各种产品，以及由化工燃料合成生产的部分有机产品[2,3]。
开发高效转化木质纤维素类可再生资源的微生物技术，利用工农业废弃物等发酵生产人类急需的燃料、饲料及化工产品，即化工原料的“绿色化”，具有极其重要的意义和光明的发展前景。
纤维素酶是一类能够降解纤维素生成葡萄糖的酶的总称，它是一类复杂的复合物，称之为纤维素酶系,根据其中各酶功能的差异，可将其分为三大类：(1)内切β- 1，4- 葡聚糖酶(endo- β- 1, 4- glucanase，EC3.2.1.4，也称Cx 酶)，作用于纤维素分子内部的非结晶区或羧甲基纤维素，随机水解β - 1 ，4 - 糖苷键，将长链纤维分子截断，产生大量小分子纤维素；(2)外切β- 1，4- 葡聚糖酶(exo- β- 1, 4- glucanase，EC3.2.1.91，也称C1 酶)，作用于纤维素线状分子末端，水解β - 1 , 4 - 糖苷键，每次从纤维素链的非还原端切下一个纤维二糖分子，可以水解微晶纤维素；(3)β-葡萄糖苷酶(cellobiohydrolase,EC2.1.21，简称CBH)，水解纤维二糖和短链的纤维寡糖生成葡萄糖[4]。
3种酶协同作用，完成对纤维素的降解。
1837年，Liebig 和Wohler 首次在苦杏仁中发现β-葡萄糖苷酶[5]。
后来研究发现，β-葡萄糖苷酶存在于植物[6]、昆虫[7]、酵母、曲霉及细菌体内。
它参与生物体的糖代谢，对维持生物体正常生理功能起着重要作用。
β-葡萄糖苷酶是纤维素酶系的重要成员，在纤维素水解时，纤维二糖的积累会抑制内切葡聚糖酶、外切葡聚糖酶的活性，而纤维素酶组分中该酶含量最少、活力普遍较低，因此成为纤维素酶解的瓶颈[8]。
增加β-葡萄糖苷酶活性，会有效提高纤维素酶解效率。
目前，国内外多家研究机构正致力于β-葡萄糖苷酶的分子生物学研究，以期望更好改善纤维素酶的催化效率，利用纤维素资源。
1.2国内外研究现状目前β-葡萄糖苷酶的研究主要集中在高效产生菌分离、酶作用机理、酶生理生化特性及β-葡萄糖苷酶基因克隆上。
1.2.1 β-葡萄糖苷酶的分类与底物特异性根据氨基酸序列分类，将β-葡萄糖苷酶划分在糖苷水解酶家族1和3中。
家族1中的β-葡萄糖苷酶来自于细菌、植物和哺乳动物；家族3中的酶来自于真菌、细菌和植物。
家族l中的酶除有葡萄糖苷酶活性外，还有很强的半乳糖苷酶活性[9]。
几乎所有的β-葡萄糖苷酶对底物的糖基部分结构的专一性较差。
能裂解C—0糖苷键、C—S键、C—N键、C—F键等；有些对糖基部分的C和C构形也不专一，能同时水解β-葡萄糖苷酶键和β-半乳糖苷键，有些甚至C位的专一性也不高，能水解木糖[10]。
但在所有底物中，β-葡萄糖苷酶对纤维二糖的活性最强。
在β-葡萄糖苷酶C端的高度保守序列可能与结合糖苷底物有关，在这区段的微小差异决定了β-葡萄糖苷酶的不同底物特异性[11]。
1.2.2 β- 葡萄糖苷酶的理化性质[12,13,14]一般来说，不同来源的β-葡萄糖苷酶的相对分子量由于其结构和组成不同而差异很大，最适pH相差不多，最适温度因其来源不同而相差很大，表一[15]列举了一些不同来源的β-葡萄糖苷酶的理化性质。
表一不同来源的β-葡萄糖苷酶的理化性质β-葡萄糖苷酶的相对分子量一般在40—250kDa之间。
已报导的β-葡萄糖苷酶的pI 大多数都在酸性范围，并且变化不大，一般在3.5～5.5 之间，但最适pH 可以超过7.0，而且酸碱耐受性强。
β- 葡萄糖苷酶的最适温度在4 0～1 1 0 ℃之间都有分布；一般来说，来自植物的β-葡萄糖苷酶最适温度在40℃左右，而来自古细菌的β-葡萄糖苷酶其热稳定性和最适温度要高于普通微生物来源的β-葡萄糖苷酶[16]。
对于工业应用来说，酶的热稳定性越高越有利。
因此，从嗜热细菌中分离β-葡萄糖苷酶引起了人们的兴趣。
1.2.3 β- 葡萄糖苷酶的结构及催化机制随着越来越多的β-葡萄糖苷酶基因已被克隆和序列分析，为其基因结构与功能方面的研究提供了重要依据。
同其他纤维素酶一样，β-葡萄糖苷酶也具有纤维素酶的一般结构，即含有催化结构域（CD）、结合结构域(CBD)、连接肽(Linker peptide)。
催化结构域含有进行催化作用的活性中心，体现了催化活性及对特定水溶性底物的特异性；CBD 通常位于酶蛋白的C-末端或N-末端, 其主要功能是将酶分子连接到纤维素上；连接桥主要是保持CD和CBD之间的距离, 也可能有助于不同酶分子间形成较为稳定的聚集体[17,18]。
国外通过X射线晶体衍生法分析β-葡萄糖苷酶三维空间结构。
糖苷水解酶家族1的典型结构具有8个(a／g)结构围成的桶状结构，也被称为4／7超家族。
糖苷水解酶家族3有A区和B区两个域构成，B区包括SDW序列，内有活性为点Asp(D)残基。
在分子水平上，水解酶家族3的编码基因有5个典型的区域构成，N端区、N端催化区、非同源区、C端未知功能区、C端残基[19]。
多数β-葡萄糖苷酶中起催化作用的是两个谷氨基酸残基，其中，靠近N端的谷氨酸起酸/碱作用，另一谷氨基酸起亲核试剂的作用[20]。
但Grabnitz等人[21]研究发现来自Clostridium thermocellum的β-葡萄糖苷酶的活性部分在N端的130个氨基酸区域，该区的个性特征是氨基酸序列中心基团His-Asn-Glu-Pro，存在于该区域的具有催化作用的残基是相隔35～55个氨基酸的His和Glu，其中质子化态的完全保持残基His l21作为质子供体与Glu166协同稳定氧碳正离子。
高度保守的C-端附近的残基也许参与了酶与糖苷基底物的键合，其中在该区的一些微小差异与不同β-葡萄糖苷酶的底物特异性有关。
Shoseyov，O 等[22]通过用2-脱氧-2-氟基-β-D-糖基氟化物对该酶活性部位亲核体鉴定发现：bgl1 氨基酸序列排布中Asp 261 完全保守，此完全保守性与催化亲核体的关键作用完全一致。
除了可形成共价糖基化酶中间体和稳定氧化卡宾体的类离子过渡态外，亲核体还可调节酸/碱催化碱基的电离状态，并且过渡态中还在糖状物的2-羟基位置上形成很强的氢键。
经研究证明β-葡萄糖苷酶在催化糖苷键的裂解反应时遵循两步双取代反应机制[23,24]，其中有两个关键的活性部位羧基参与。
其反应方程式如下：第一步是酶与底物键合形成米氏复合物ES（反应速率常数分别为K1和K－1）。
第二步是酶－底物中间体（E-S）的形成（反应速率常数为K2）：酶的一个羧基（亲核体）攻击底物的端基异构体的中心部位，而另一个羧基（酸、碱催化剂）则使糖苷中的氧质子化，因此可辅助苷元的脱离，从而形成共价的β-糖基酶中间体（E-S）。
在此过程中，BGL的活性中心可根据不同类型的底物而相应地发生一定程度的结构变化，从而使BGL 可以和多种糖类底物结合，这一步决定了BGL 具有底物专一性。
第三步是中间体的水解，由水按碱催化机制对端基异构体进攻，形成β-糖基产物并使酶恢复其初始的质子化态。
BGL 在整个反应过程中其构型保持不变。
1.2.3 β-葡萄糖苷酶基因的克隆与表达目前，国内外对β-葡萄糖苷酶分子方面的研究主要是：用基因工程技术构建含β-葡萄糖苷酶基因的克隆菌株；表达具有较高酶活力的β-葡萄糖苷酶；通过分子演化和设计来提高酶的功能性。
β-葡萄糖苷酶基因重组表达是当前β-葡萄糖苷酶研究热点之一，已有很多不同来源的β-葡萄糖苷酶基因在大肠杆菌或酵母菌中得到高效表达，见表二[25]。
表二部分已表达克隆的β-葡萄糖苷酶基因1.2.3.1 β-葡萄糖苷酶基因的克隆到目前为止，有上百个微生物、植物和动物中的β-葡萄糖苷酶基因已得到克隆并被测序，其中以微生物和植物为主。
Pranita Roy 等[26]将Pichia etchellsii 的β-葡萄糖苷酶的基因进行克隆、测序并将其在大肠杆菌中表达，分析得到开放阅读框1515 bp，预测编码蛋白质量54 kDa，将表达后的酶液进行SDS-PAGE，结果证明蛋白质量为52.1 kDa。
李远华等[27]将与萜烯类香气前体及与抗病虫害有密切关系的茶树β-葡萄糖苷酶cDNA通过pET-32a表达载体构建的重组质粒，转化到Escherichia coli BL21zztrxB(DE3) 中表达，诱导产生了63kD的融合蛋白，并主要在细胞质中以可溶性蛋白形式存在。
融合蛋白具有正常的生物学活性，能催化葡萄糖苷键的水解反应。
早期β-葡萄糖苷酶基因的克隆是通过构建总DNA文库或鸟枪法进行活性筛选的方式获得的。
随着PCR技术的应用，可根据种属相似性进行扩增克隆得到β-葡萄糖苷酶基因。
随着基因组学的发展，越来越多的微生物基因组全序列被测定。
通过序列筛查定位分析出可能的β-葡萄糖苷酶基因，是获得β-葡萄糖苷酶新基因的有效手段。
近年来，热稳定性的β-葡萄糖苷酶成为研究热点，Jiong Hong和Hisanori Tama[28]于2007年从一株嗜热子囊菌中分离出耐热的β-葡萄糖苷酶，该酶在70℃高温下仍有活性，序列分析表明该酶属于水解酶家族3成员。
1.2.3.2 β-葡萄糖苷酶基因的表达β- 葡萄糖苷酶在纤维素降解中起关键作用，但其含量少、活力低，成为纤维素酶解的瓶颈。
因此，通过基因重组技术构建工程菌，分泌表达高活性β-葡萄糖苷酶对纤维素有效降解具有重要意义。
为此，已经有很多种β-葡萄糖苷酶基因被构建到不同的工程菌中。
许多研究表明，β-葡萄糖苷酶基因可以在大肠杆菌中表达。
大肠杆菌基因结构简单，易于进行基因操作，而且它生长迅速，周期短，营养需求简单，适于工业化生产，但是，缺少真核生物的翻译后加工过程。
赵云，刘伟丰等[29]将多粘芽孢杆菌β-葡萄糖苷酶基因重组到E.coli BL21中，在培养液中表达的β-葡萄糖苷酶活性达到24.7IU/mL。
Mi-Ri Hong，Yeong-Su Kim等[30]在2009年将嗜热菌Caldicellulosiruptor saccharolyticus DSM 8903的β-葡萄糖苷酶基因在大肠杆菌中进行表达，纯化后，比酶活达到到13 U/mg，最适pH为5.5、最适温度为70℃。