低温纤维素酶的研究进展
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。
一株高产低温纤维素酶南极细菌的筛选、鉴定及酶学性质初步研究
５［ （Ｆ２０２ ｓｕｏｌｒｍ ｎｓ ｉｅ ８ － Ａ ５９６） ｅｄａｅ ｏａ ｔａ ＂ Ｐ ｔｏ ｃｒ
统 发 育 分 析 采 用 Ｍｅ ａ． ｇ ３ １软 件 的邻 接 法 （ ｉｈ ｏ— Ｎｅｇ ｂ ｒ
ｊｉｉｇｍｅｈ ｄ 进 行 。 ｏｎｎ ｔ ｏ ） １ ５ 菌 株 产 酶 条 件 的 研 究 ．
１ ４ 菌 株 的 鉴 定 ．
将南 极 嗜冷菌 Ｎ ６ Ｊ ４的 １ Ｓｒ ＮＡ 的 Ｐ Ｒ克 隆子 ６ Ｄ Ｃ 进行 测序 ， 获得 长度 为 １ ９ ｐ的 １ Ｓ ｒ ＮＡ 序列 ， ３ ０ｂ ６ Ｄ 将
Ｄ ＮＡ 模板 的制 备［ ： ５ Ｌ菌体 培养液 加入 到 ３将 Ｏ ］ １ ０肚 ０ Ｌ预冷 的蒸 馏水 中 ， 冰 上放 置 １ｈ以上 或 者 ３ 在
酶 液 ， 别 在 ０ ｏ 、０ｏ ２ ３ 分 １ Ｃ Ｃ、 ０ｏ ０℃ 、 ０℃ 、０ ℃ 及 Ｃ、 ４ ５
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定， 并对 其 产酶 条件 及酶 学性 质进 行初 步研 究 ， 以期 为
南 极低 温纤 维 素酶 的开 发利用 奠 定基 础 。
基 金 项 目 ： 家 自然 科 学基 金 资助 项 目（０ ７ １ ７ 国 ４８６０）
胨 ５ｇ 酵母 粉 １ｇ 用 过 滤陈海 水定 容至 １ ０ 、 ； ０ ０ｍＬ， Ｈ ｐ
纤维素酶的生产与应用研究进展
纤维素酶的生产与应用研究进展纤维素酶是一种能够降解纤维素的酶类，具有重要的生产与应用价值。
纤维素作为植物细胞壁的主要组成部分，具有丰富的资源，但其结构复杂，难以降解。
纤维素酶的生产与应用研究为利用纤维素资源、提高生物质酶解效率开辟了新途径。
纤维素酶的生产主要有两种方法：微生物发酵和基因工程技术。
微生物发酵是利用能够产生纤维素酶的微生物进行培养，通过调节培养条件、选用优良菌株等方式来提高酶的产量和活力。
近年来，采用转基因技术制备纤维素酶的研究也取得了突破性进展。
通过将纤维素酶基因导入高效酶产生菌株，可以大幅提高纤维素酶的产量。
纤维素酶的应用涉及生物质能源、饲料行业、食品工业等多个领域。
在生物质能源领域，纤维素酶可以将纤维素有效降解成可发酵的糖类，进一步转化为乙醇、柴油等可再生能源，用于替代传统石化能源。
饲料行业利用纤维素酶可以提高动物对纤维素的消化吸收率，增加饲料的利用效率，减少饲料浪费，降低养殖成本。
食品工业中，纤维素酶可以用于果汁澄清、酒精酿造、食品加工等环节，提高产品质量，降低生产成本。
纤维素酶的研究还涉及酶学性质、结构功能等方面。
研究发现，纤维素酶的降解效果与其结构与功能密切相关。
通过对纤维素酶的分子结构进行改造，可以提高其活性和稳定性。
同时，研究人员还通过对不同纤维素酶家族成员的研究，发现其在降解机制、底物特异性等方面存在差异，为深入理解纤维素降解过程提供了基础。
虽然纤维素酶在生产与应用方面取得了不容忽视的进展，但仍存在一些挑战。
纤维素酶的生产成本较高，限制了其在工业中的广泛应用。
此外，纤维素酶的稳定性和活性也需要进一步提高，以满足不同行业的需求。
因此，在纤维素酶的研究和应用过程中，需要不断进行技术创新和优化，以进一步提高其产量和效能。
纤维素酶的生产与应用研究是一项具有重要意义的工作。
随着对纤维素资源的深入开发和利用，纤维素酶的研究和应用前景广阔。
未来，随着技术的不断进步和深入研究，纤维素酶的生产与应用将迎来更加广阔的发展空间，为推动绿色可持续发展做出更大的贡献。
产纤维素酶菌及其筛选改良方法研究进展
产纤维素酶菌及其筛选改良方法研究进展纤维素是由纤维素素和半纤维素组成的天然高分子化合物，在工业和生活中具有广泛的应用。
纤维素酶是一种专门分解纤维素的酶，在纤维素利用和生物质转化等领域有着广泛的应用前景。
本文综述了产纤维素酶菌及其筛选改良方法的研究进展。
一、产纤维素酶菌的筛选和鉴定目前，已有许多研究对产纤维素酶菌进行筛选和鉴定，其中常用的方法包括传统的分离培养方法、高通量筛选系统和基于基因组的筛选方法等。
1.传统的分离培养方法传统的分离培养方法通常包括从不同的环境样品中分离出细菌，并对其进行酶活性测定。
通过该方法已经成功分离出具有纤维素酶活性的微生物，例如Clostridium sp.、Bacillus sp.、Cellulomonas sp.、Acidothermus cellulolyticus等。
2.高通量筛选系统高通量筛选系统是一种快速且高效的筛选方法，常用于从大量的微生物中沉淀出目标细菌。
常用的高通量筛选方法包括微流控装置、免疫分离、荧光筛选和高通量发酵等。
3.基于基因组的筛选方法基于基因组的筛选方法是一种新的筛选方法，它能够根据基因组数据精确地预测目标细菌的性能和代谢特性。
通过依据基因组组态图，可以预测细菌所需的碳水化合物、氮素源、维生素和微量元素等。
并通过基因搜索和蛋白质分析，可以确定特定的酶基因并对其进行驯化研究。
二、纤维素酶菌的改良方法针对传统纤维素酶菌的低效率和耐受性差等问题，研究人员采用不同的改良方法提高纤维素酶的效率和性能。
常用的改良方法包括基因工程技术、筛选和驯化适应性强的菌株、应用生物物理方法提高纤维素酶的结构稳定性等。
1.基因工程技术基因工程技术是一种常见的改良方法，它通过基因重组或突变来优化目标细菌的代谢功能。
例如，利用多肽链替换可以改变纤维素酶的空间结构，提高酶的催化能力。
基因重组还可以将来自不同细菌的多个酶基因组合，形成多功能细菌产生多种酶的机构，提高纤维素降解效率。
纤维素酶降解纤维素的研究进展_靳振江
收稿日期:20061120基金项目:桂林市科技攻关项目(20020413)作者简介:靳振江(1974),男,山西长治市人,硕士,讲师,研究方向为生态学及环境微生物学。
纤维素酶降解纤维素的研究进展靳振江(桂林工学院资源与环境工程系, 广西桂林 541004)摘要:占植株干物质总重量2 3的纤维素,不但是地球表面天然起源的重要有机物质之一,而且它的降解还是自然界碳素循环的中心环节。
利用植物类纤维这一可再生资源生产燃料酒精的研究已在世界各地逐步展开。
纤维素酶作为一种高活性生物催化剂,其在纤维素降解过程中起到重要的作用。
通过对纤维素的分子结构、天然纤维素分子的前处理以及纤维素酶分子的结构、作用机理和纤维素降解菌的选育、纤维素降解菌与非纤维素降解菌的协同作用等方面进行综述,指出纤维素底物结构的复杂性与多样性、纤维素酶降解纤维素的分子机制以及纤维素降解过程中多种微生物之间的相互作用是影响纤维素降解研究的关键问题,并对纤维素酶降解植物类纤维素生产燃料酒精的发展前景进行了展望。
关键词:纤维素;纤维素酶;降解中图分类号:Q 556+.2 文献标识码:A 文章编号:1002—8161(2007)02-0127-04Research progress i n degrada tion of cellulose by cellula seJ I N Zhen 2jiang(D ep art m ent of S ou rce and E nv ironm ental E ng ineering ,Gu ilin U niversity of T echnology ,Gu ilin ,Guang x i 541004,Ch ina )Abstract :Cellulo se account fo r 2 3of to tal dry m atter w eigh t of p lant ,it is no t only one of very i m po rtant natural o riginal o rganic m atter on the earth surface ,but also its degradati on is the key link of carbon recycle in na 2ture .T he researches of app lying the p lant cellulo se ,a renew able resource to p roduce fuel alcoho l ,w ere gradually carried out all around the w o rld .A s a h igh active bi ocatalyst ,cellulase p lays an i m po rtant ro le in the p rocess of cellulo se degradati on .T he mo lecular structure of cellulo se ,p retreatm ent of natural cellulo se mo lecule ,mo lecular structure and functi on m echanis m of cellulase ,the screening and culturing of cellulo lytic m icroo rganis m s ,the in 2teracti on betw een cellulo lytic m icroo rganis m s and non 2cellulo lytic m icroo rganis m s ,etc .w ere summ arized in the paper .It puts fo r w ard that comp lexity and diversity of substrate structure of cellulo se ,mo lecular m echanis m of cellulase on degrading cellulo se and the interacti on among several m icroo rganis m s in the p rocess of cellulo se degra 2dati on w ere the key p roblem s on affecting the research of cellulo se degradati on .M o reover ,the p ro spect of p roduc 2ing fuel alcoho l by p lant cellulo se degraded w ith cellulase w as fo recasted .Key words :cellulo se ;cellulase ;degradati on 纤维素占全球植物总干重的30%～50%[1],是地球上分布最广、含量最丰富的碳水化合物。
纤维素酶分子结构及作用机理的研究进展
１２ Ｎｏ． ７． ２００７
专题论述
（１．Ｃｏｌｌｅ ｇｅ ｏｆ Ｆｏｏｄ Ｓ ｃｉｅ ｎｃｅ ， Ｓ ｏｕｔｈｗｅ ｓ ｔ Ｕｎｉｖｅ ｒｓ ｉｔｙ， Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４００７１６； ２．Ｃｉｔｒｕｓ Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒｃｈ Ｉｎｓ ｔｉｔｕｔｅ ， Ｃｈｉｎｅ ｓ ｅ Ａｃａ ｄｅ ｍｙ ｏｆ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ ， Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４００７１２）
纤 维 素（Ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ）是 植 物 细 胞 壁 的 主 要 组 分 之 一 ， 占 植 物 秸 秆 干 质 量 的４０％～５０％。它 对 增 强 细 胞 壁 的 机械支撑强度、维持不透水性以及抗逆性有重要的 功 能 作 用 ［１］。 纤 维 素 酶 （Ｃｅｌｌｕｌａｓｅ）是 降 解 纤 维 素 的 一 组 酶系的总称， 而纤维素是地球上数量最大但又未得 到充分利用的一类多糖， 微生物对它的降解、转化 是自然界碳素循环的主要环节。近年来随着对纤维 素酶研究的深入， 以及越来越多的性质不同的纤维 素酶的发现， 使得纤维素酶的应用日益广泛。但是 由于对纤维素酶的结构、功能特别是降解纤维素的 作用机制还缺乏足够的了解， 使得对纤维素酶的研 究和高效应用存在很大的局限。由于分子生物学技 术的兴起， 使得人们能在基因水平上对纤维素酶类 多样性的进化起源有了更进一步的研究。
大多数纤维素酶都是这样， 只有少数微生物和 高 等 植 物 产 生 的 纤 维 素 酶 不 具 有 这 类 结 构 域 ， 如Ｔ． ｒｅｅｓｅｉ的 ＣＢＨＩ 就 没 有 ＣＢＤ结 构 域 。 通 常 认 为 ＣＢＤ对 高 效降 解纤维素起到关键的作 用， 但Ｔ．ｒｅｅｓｅｉ的ＣＢＨＩ在 没 有ＣＢＤ的 情 况 下 仍 具 有 水 解 纤 维 素 的 活 性 ， 在 Ｔ． ｒｅｅｓｅｉ的ＥＧ１的 酶 解 过 程 中 也 观 察 到 同 样 的 现 象 。 此 外 ， Ｈｕｍｉｃｏｌａ ｉｎｓｏｌｅｎｓ 的 ＥＧ５ 和 Ｃｅｌｌｕｌｏｍｏｎｎａｓ ｆｉｍｉ 的 ＣｅｎＥＧ都并未发现具有ＣＢＤ结构， 但仍然具有水解酶 活性。这些实验证明， 在有些外切和内切酶中ＣＢＤ对 酶 的 催 化 活 力 是 非 必 需 的［６］。 ２．１ 催化域的结构（Ｃａｔａｌｙｔｉｃ ｄｏｍａｉｎ， ＣＤ）
纤维素酶
第16卷第6期2009年6月 现代农业科学M ode rn A g ricu ltura l Sc i encesV o.l 16N o .6Jun .2009纤维素酶研究进展张华锋(福建农业职业技术学院,福建福州350007)摘 要:利用纤维素酶实现纤维素的转化与利用对于解决目前世界能源危机、粮食短缺、环境污染等问题具有非常重要的意义。
近20a 来,随着分子生物学、遗传工程的迅猛发展,国内外均在尝试应用基因工程技术改造和构建高效纤维素降解菌,而且对极端环境中的纤维素酶产生菌也产生了浓厚兴趣。
笔者综述了纤维素酶的研究进展。
关键词:生物学;纤维素酶;研究进展中图分类号:Q 946.5 文献标识码:A 文章编号:1005-4650(2009)06-0025-03收稿日期:2009-05-16作者简介:张华锋(1967-),男,硕士,讲师,研究方向:作物遗传育种,微生物等在资源逐步枯竭和能源短缺的情况下,世界各国都在谋求有效地开发和利用生物质资源。
其中利用各类植物纤维素制取燃料酒精等能源物质是解决原料来源和降低成本的主要途径之一。
纤维素是地球上最丰富的可再生资源,是植物细胞壁的主要成分,占植物干重的35%~50%,由 -1,4葡萄糖苷链连接葡萄糖苷形成的线形聚合体,不溶于水,可被纤维素酶水解成葡萄糖。
纤维素酶是糖苷水解酶的一种,是一组能降解纤维素的酶的总称。
纤维素酶应用广泛,在微生物中广泛存在,但产酶效率低,热稳定性差,货价寿命短,从而一直限制着纤维素酶的推广应用。
因此对高效、高热稳定性的纤维素酶的研究具有重要现实意义。
1 纤维素酶的结构及降解机制1.1 纤维素酶的结构微生物所产生的纤维素酶系是一个多组分酶系,通常将纤维素分为内切葡聚糖酶、外切葡聚糖酶和 -葡萄糖苷酶。
一般来说,内切葡聚糖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 -1,4-糖苷键,将长链纤维分子截断,产生大量小分子纤维素。
纤维素酶的研究进展
生命科学Chinese Bulletin of Life Sciences第17卷 第5期2005年10月Vol. 17, No5Oct., 2005纤维素酶的研究进展李燕红，赵辅昆*(中国科学院上海生命科学研究院生物化学与细胞生物学研究所，蛋白质组国家重点实验室，中国科学院研究生院，上海 200031)摘 要：纤维素酶是糖苷水解酶的一种，它可以将纤维素物质水解成简单糖，进而发酵产生乙醇，从而解决农业、再生能源以及环境污染等问题。
初期的研究主要集中在对微生物纤维素酶的研究，随着对纤维素酶研究的不断深入，“动物自身不含纤维素酶”这一传统理论被推翻，动物纤维素酶成为纤维素酶研究的热点。
另外，生物化学、分子生物学以及基因工程等多种交叉学科的快速发展，获得适合工业化的高比活力的纤维素酶已指日可待。
关键词：纤维素酶；简单糖；动物纤维素酶；工业化；高比活力中图分类号：Q 556 文献标识码：AAdvances in cellulase researchLI Yan-Hong, ZHAO Fu-Kun*(Institute of Biochemistry and Cell Biology, Shanghai Institutes for Biological Sciences, Chinese Academy of Sciences,Key Laboratory of Proteomics, Graduate School of the Chinese Academy of Sciences, Shanghai 200031, China)Abstract: Cellulase—one of the glycoside hydrolases—is responsible for conversion of renewable cellulosic biomass to simple sugars for fermentation to ethanol, which can settle the issue of agriculture, renewable energy and environmental pollution etc. Primeval studies were focused on the cellulase produced by microorganism. With the deep research of enzymatic hydrolysis of cellulase, the traditional view of “no cellulase in higher animals themselves ”was pulled down and animal cellulase became the hotspot of cellulase study. In addition, the cellulase of higher specific activity for industrialization will be found as the rapid developments of many kinds of cross-subjects such as biochemistry, molecular biology and gene engineering etc.Key words: cellulase; simple sugars; animal cellulase; industrialization; higher specific activity文章编号 ：1004-0374(2005)05-0392-06收稿日期：2005-07-11；修回日期：2005-08-30基金项目：国家自然科学基金(No.30370336); 上海市生命科学重大基础研究项目 (No.2003CB716006, No.2004CB719702)作者简介：李燕红(1977—)，女，博士研究生；赵辅昆(1947—)，男，研究员，博士生导师，*通讯作者。
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纤维素是自然界中公认的含量最丰富的天然再 生生物资源。利用廉价的可再生纤维素材料生产生 物基产品和生物能对人类的可持续发展至关重要。 研究纤维素酶, 从而降低纤维素酶生产成本, 改进纤 维素酶活性, 对于减少应用成本具有重要意义。纤 维素酶 ( cellulase ) 是一种复合酶, 能水解纤维素以 获取葡 萄 糖, 包 括 内 切 葡 聚 糖 酶 ( endo 1, 4 D glueanase, EC3. 2. 1. 4) , CMC 酶; 外 切 葡 聚 糖 酶 ( exo 1, 4 D g lucanase, EC3. 2. 1. 91) , 即纤维二糖 水解酶, CBH; 葡萄糖苷 酶 ( 1, 4 D g lueosidase, EC3. 2. 1. 21) , BG, 此 3种酶之间存在协同降解纤维 素的作用 [ 1- 3] 。
低温纤维素酶与中温酶相比在应用上更具优势 和潜力。其在自然条件下具有较高酶活力及较高催 化效率, 可大大缩短处理过程的时间并节省昂贵的 加热或冷却费用, 经过温和的热处理即可使其活力 丧失, 不会影响产品品质。因此, 鉴于低温纤维素酶
在减少工艺流程、降低生产成本以及节能方面的巨
大优势, 对其研究正逐步深入。
低的热稳定性。现在研究的低温纤维素酶的最适反
应温 存 在较高的酶活力, 对温度比较敏感, 并具有热不稳定 性。曾胤新等 [ 8] 在北极楚科奇海分 离到交替假单
胞菌 ( P seudoalterom onas sp. ) BSw 20308, 其低温纤维 素酶最适作用温度为 35∀ , 在 5∀ 酶活力达到最大 酶活的 50% 左右, 酶对热敏感, 在 35∀ 半衰期为 3 h, 25∀ 下酶活稳定。来自海洋芽孢细菌 BM E 14的 低温纤维素酶最适 35∀ , 在 5∀ 时酶活为最大酶活 的 65% [ 9] 。来自瘤胃细菌 ( F ibrobacter succinogenes) S85的低温纤维素酶 最适温度为 25∀ , 在 0∀ 保持 最大酶活的 70% [ 10] 。而低温酶并非只来自低温微 生物, 刘秀华 [ 5] 自腐殖质土样中分离得到中温纤维 弧菌 2 3 a, 其产酶的最适反应温度为 40∀ , 在 0∀ 时的残留酶活力为最大酶活的 60% , 属于典型的低 温酶, 为低温酶类的来源扩展了思路。 2. 2 离子对于酶活性的影响
由低温微生物产生的, 这些微生物主要分布于两极 区域 ( 土壤、海水、海泥和探险队遗迹 )、冰川、海底 盆地、纬度较高的冻土区或特殊的低温环境等。
已报道的低温纤维素酶产生菌既有嗜冷菌又有
耐冷菌, 一般最适生长温度在 10- 25∀ , 多数不能 在超过 37∀ 的条件下生长。但据报道 [ 5] , 一些常温 菌株也可以产生低温纤维素酶。经过形态观察、生
理生化试验、及 16S rDNA 或 18S rDNA 序列分析的
收稿日期: 2010 08 17 基金项目: 国家 863!计划项目 ( 2007AA 091505, 2007AA 021306) 作者简介: 董硕, 男, 硕士研究生, 研究方向: 微生物与发酵工程; E m ai:l skyhor@ 163. com 通讯作者: 张庆芳, 女, 副教授, 博士, 研究方向: 微生物与发酵工程; E m ai:l zqf7561@ 126. com
第 5家族的纤维素酶都属于内切葡萄糖苷酶, 它们的三维构象是一个 ( / ) 8的折叠桶, 在异头碳 原子位通过构型保留来完成催化反应 [ 19] 。交替假 单胞菌的 ce lX 基 因编码一种胞 外低温纤维素 酶。 其编码一个 1 479 bp, 492个氨基酸组成的蛋白质, 分子量为 52. 7 kD。该 CelX 蛋白包括一个属于糖
2011年第 2期
董硕等: 低温纤维素酶的研究进展
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苷水解酶家族 5的 N 末端催化结构域和一个属于 糖基结合模块家族 5的 C 末端纤维素结合结构域。 连接两个区域的连接序列由 105个残基组成。酶谱 活性分析表明, Ce lX 由单一酶组分组成。 Ce lX 主要 的水解产物是纤维二糖 [ 20] 。
综 述与 专论
生物技术通报
BIOTECHNOLOG Y BULLET IN
20 11 年第 2 期
低温纤维素酶的研究进展
董硕 1, 2 迟乃玉1, 2 王鑫 1, 2 张庆芳 1, 2
( 1大连大学生物工程学院, 大连 116622; 2辽宁省海洋微生物工程研究中心, 大连 116622)
摘 要: 低温纤维素酶在低温下仍具有较高酶活 力及较 高催化 效率, 在应用 中能够 缩短处 理工艺 时间, 节省加 热或冷 却费用, 且易失活, 有着中高温 纤维素酶无 法比拟 的优 势。现针 对微 生物低 温纤 维素酶 的研 究现 状, 包 括菌 种来 源、分离鉴 定、酶学性质、适冷结构及机理 研究和基因工程等方面进行综述。
Abstrac:t Cold adapted ce llu lase can rese rve high ac tiv ity and h igher ca talytic effic iency even a t low tem pera ture. It can reduce the treatm ent process tim e and costs for heating o r coo ling in the app lication pro cess w ith the advan tage o f h igh temperature cellu lase can not com pare. In th is paper, the resea rch prog ress on m icrobial co ld adapted ce llulase w as summa rized, inc luding the sources o fm i croorgan ism, iso lation and identification, enzym atic prope rties, structure and m echanism o f co ld adapted, and genetic eng ineer ing.
关键词: 低温纤维素酶 结构机理 基因工程
R esearch Progress of Cold adapted C ellulase
D ong Shuo1, 2 C h i N aiyu1, 2 W ang X in1, 2 Zhang Q ingfang1, 2
( 1Co llege of Bioengineering, Dalian University, Dalian 116622; 2L iaoning M arineM icrobiological Engineering R esearch C enter, Dalian 116622)
来源不同的低温纤维素酶, 离子对其影响各异。 金属离子 C a2 + 、M g2+ 和 M n2 + 对来自海洋芽孢杆菌
BM E 14的低温纤维素酶活性具有激活作用, 而汞、 铜和 EDTA 对其具有抑制作用。M n2+ 、F e3+ 对噬纤 维菌 ( Cy tophaga fucico la ) 菌株 QM 11的低温酶有促 进作 用, 而 Cu2+ 、Pb2+ 对 酶 反 应 具 有 抑 制 作 用。 Na+ 离子对瘤胃细菌 ( F ibrobacter succinogenes ) 菌株 S85的酶活性有着显著的激活作用 [ 9 - 11] 。 2. 3 低温纤维素酶最适作用 pH 及其稳定性
38
生物技术通报 B iotechnology Bulletin
2011年第 2期
结果表明, 菌株来源包括近年来研究比较多的交替 假单胞菌 ( P seudoalterom onas ), 1995 年根据 16S rD NA 序列的特点将它从交替单胞菌属 ( A lterom onas) 中独立出来 [ 5] 。其他还包括: 芽孢杆菌 ( Paenibacil lus) 、担子菌 ( Basidiom ycetes) 、瘤胃细菌 ( F ibrobacter succinogenes) 、噬纤 维菌 ( Cy tophaga fucico la )、纤维 弧菌 ( C ellvibrio )、 、 变 形菌纲 ( 、 proteobacte ria) 、放线 菌门 ( A ctinobacteria ) 、噬 胞菌属 ( Cy toph ag e) 、纤维单胞菌属 ( C ellulom onas) 、小核属 ( Sclero tium ) 、木霉 ( T richoderm al )、青霉 ( P enicillium ) 、小孢 霉属 ( Syzygites ehrenberg ) 以及根 霉属 ( R hizopus eh renberg )。
2 低温纤维素酶酶学性质
2. 1 低温纤维素酶最适作用温度及其稳定性 嗜冷菌和适冷菌能在低温环境中生长繁殖的关
键在于其为适应低温带来的有害影响, 在细胞膜、结 构蛋白质和酶等方面发生细微的结构变化, 从而产 生适应低温环境的酶蛋白。 M argensin 等 [ 6 ] 定义适 冷酶为最适反应温度在 30∀ 左右, 并且在 0∀ 左右 具有一定的催化效率的 酶。 Fe ller等 [ 7] 认为, 低温 酶在低温下具有比较高的转化系数、生理系数和较
1 低温纤维素酶产生菌的分离鉴定
低温环境是地球表面最丰富的环境, 存在着众 多生物体, 特别是细菌、酵母菌、单细胞藻类和真菌。 因为这些生物体不需要温度调节, 其内部温度与周 围环境接近。尽管生化反应 在低温下的负 效应强
烈, 但是这些生物与常温环境中物种一样繁殖、生长 和迁移 [ 4] 。目前发现的大多 数低温纤维素 酶都是