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主题:纤维素酶论文写作 时间:2024-02-12

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摘 要:纤维素酶是一类能够水解纤维素的β-1,4-葡萄糖苷键生成葡萄糖的多组分酶总称,其作用的底物比较复杂,各组分功能也存在差异.本文对纤维素酶以及各组分酶的功能进行了综述.

关键词:木质纤维素;纤维素酶;纤维素酶解

DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.10.185

1 引言

木质纤维素原料来源十分广泛,是储量丰富的可再生资源[1].据统计,全球每年生产该类物质约200×109吨,其中有90%以上是木质纤维素类物质,而它们当中有8~20×109仍具有潜在的可利用性[2].包括农业废弃物(秸秆、蔗渣等)如何处理,对环境压力以及可再生能源的利用具有现实意义.因此,在生物燃料、生物基化学品、分子材料、食品等领域这些廉价及丰富的木质纤维素,都具有广泛的应用空间.

纤维素的结构单位时D-葡萄糖,其分子式为:(C6H10O5)n,式中n为葡萄糖基数目,称为聚合度.经长期研究,已证实天然纤维素中D-葡萄糖基以吡喃环的形式存在,并且相互以β-1,4糖苷键构成分子链,因为这对吡喃式D-葡萄糖具有最低的能态,这也是其二聚物(纤维二糖)及共衍生物的真正形式.由于葡萄糖上带有多个羟基,因此纤维素分子间容易形成氢键,进而使得链与链之间氢键紧密连接易于聚集成结晶性的原纤结构.如图1所见,大量氢键网状结构中存在着相对规则的结晶区,其阻碍了纤维素分子的进一步利用,故纤维素水解前需进行预处理,破坏它的氢键及结晶区,以便更好地水解纤维素,从而增加它的酶可及面积.

2 纤维素酶作用机理

纤维素酶是指能够水解纤维素β-1,4-糖苷键,进而生成葡萄糖的一类酶的总称,它是由几种酶共同协同作用,而不是单一的酶,其中主要包括外切葡聚糖酶(CBH,C1)、内切葡聚糖酶(EG,Cx)和β-葡萄糖苷酶(CB,纤维二糖酶).长期的研究表明,结晶纤维素的彻底降解至少需要这3组纤维素酶的协同作用,如图2所示,Cx能容易地降解接近类型的纤维素或衍生物,Cx只有和C1组分结合时才可以利用晶形式的纤维素.C1酶首先作用于结晶纤维素表面,使其形成结晶构的纤维素键断开,长链分子末端游离,从而其转化成可被Cx酶作用的形式,Cx酶水解非结晶或纤维素、可溶性纤维素转化为纤维二糖,最后由β-葡萄糖苷酶将纤维二糖、三水解为葡萄糖.

3 单一纤维素组分作用机理

(1)内切葡聚糖酶(EG或Cx).Cx酶作用于纤维素的β-1,4葡萄糖苷键,随机切割,产生大量纤维素的还原性末端.测定Cx酶活力方法较多,通用的方法是利用羧纤维素钠(CMC)作为底物测其酶活,由于它是一种高聚合度的可溶性纤维素衍生物,还原性所占比例较少,纤维素酶易于作用β-1,4葡萄糖苷键.

(2)外切葡聚糖酶(CBH,C1).C1酶是指切割有Cx酶所产生的纤维素分子还原性末端,能够是纤维素长链释放出葡萄糖及小分子的寡糖.

有研究表明,已知外切葡聚糖酶具有2个独立的活性结构域:其一是指具有催化纤维素功能的结构域CD,其二是指具有结合纤维素功能的结合于CBD,二者由高度糖基化链相连接.查阅大量文献指出,C1对纤维素结晶区破坏作用极大,能够产生纤维二糖.其原因是首先是利用CBD把C1吸附在纤维素结晶区表面,其次再由单根葡聚糖链(纤维素)快速准确地进入CD中带底物结合和催化部位的“隧道”,纤维二糖被准确地从葡聚糖链上切割下来并被释放出来的同时,C1分子沿着葡聚糖链向前滑动2个葡萄糖单位[3].

(3)β-葡萄糖苷酶(CB,纤维二糖).CB酶又称β-D-葡萄糖苷葡萄糖水解酶,它能够作用于结合在末端非还原性的β-D-葡萄糖苷键,水解生成部分β-D-葡萄糖以及相应的配基.在水相系统中,CB酶能水解纤维二糖及一些聚合度小于6的纤维糊精为葡萄糖,随着聚合度的增加,水解效果显著下降.

4 总结

木质纤维素广泛的来源,如农业废弃物、餐厨垃圾以及部分工业残余物等,可通过预处理和水解发酵转化为能源物质.在此基础上,需要在理论研究做出深入解释,以便更好的应用于实践.

参考文献:

[1]Sánchez J & Cardona CA. Trends in biotechnological production of fuel ethanol from different feedstocks. Bioresource Technology 2008(99):5270-5295.

[2]Lin Y & Tanaka S.Ethanol fermentation from biomass resources:current state and prospects.Applied Microbiology & Biotechnology 2006(69):627-642.

[3]方詡,秦玉琪,李雪芝,王禄山,汪天虹,朱明田,曲音波.纤维素酶与木质纤维素生物降解转化的研究进展[J].生物工程学报,2010(26):864-869.

作者简介:燕亚平(1991-),男,陕西榆林人,硕士,研究方向:生物质资源化利用.

结论:关于本文可作为纤维素酶方面的大学硕士与本科毕业论文纤维素酶论文开题报告范文和职称论文论文写作参考文献下载。

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