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1引言纤维素是世界上蕴藏量最丰富的天然高分子化合物，绝大多数由绿色植物通过光合作用合成。
微生物对纤维素的降解、转化是自然界中碳素转化的主要环节。
纤维素酶是降解纤维素生成葡萄糖的多组分酶的总称。
目前，纤维素酶产品广泛应用于纺织、饲料、酿造、制药、造纸等行业，尤其是在纺织行业的应用范围目前正在不断扩大。
2纤维素酶纤维素酶的研究最早是1906年Seilliere在蜗牛的消化液中发现了分解纤维素的纤维素酶。
纤维素酶是能水解纤维素β-1，4-葡萄糖苷键，使纤维素变成纤维二糖和葡萄糖的一组酶的总称，它不是单一酶，而是起协同作用的多组分酶系。
纤维素酶的来源非常广泛，昆虫、软体动物、原生动物、细菌、放线菌和真菌等都能产生纤维素酶。
主要的有：康氏木霉、里氏木霉、黑曲霉、斜卧青霉、芽孢杆菌等。
丝状真菌产生的纤维素酶一般在酸性或中性偏酸性条件下水解纤维素底物，而嗜碱细菌产生的纤维素酶在碱性范围起作用。
纤维素酶分子是由球状的催化结构域(CD)通过一个富含脯氨酸或羟基氨基酸的连接桥(Linker)和纤维素结合结构域(CBD)三部分组成。
连接桥的作用可能是保持CD和CBD之间的距离。
纤维素结合结构域执行着调节酶对可溶和非可溶性底物专一性活力的作用，对酶的催化活力是非常必需的。
催化作用域的三维结构极其复杂，对酶的催化活力起决定作用。
[1，4]3纤维素酶对纤维素的作用机理目前，一种理论认为：纤维素酶水解纤维素是β-1，4-内切葡聚糖(纤维二糖水解)酶(EG，Endo-β-Glucanase)，β-1，4-外切葡聚糖(纤维二糖水解)酶(CBH，Cellobiohydrolase)和β-葡萄糖苷酶(BG，β-Glucosidase)协同作用下进行的。
首先，EG酶随机水解切断无定型区的纤维素分子链，使结晶纤维素出现更多的纤维素分子基端，为CBH酶水解纤维素创造条件，CBH酶的水解产物纤维二糖则由BG酶水解成葡萄糖，因而纤维素酶水解纤维素的过程可以简单表示为：EG→CBH→BG。
微生物学杂志2020年2月第44卷第5期JOURNAL OF MICROBIOLOGY Dec.2420Vol：44No：2113糖苷水解酶7家族蛋白在纤维素降解中作用的研究进展高小晓，孟虹，李蓉*，李宪臻(大连工业大学生物工程学院，辽宁大连26534)摘要糖苷水解酶7家族(glycoside nyPoPso family,GH7)是一类来源于真菌的水解酶，作用于纤维素结晶区或不定形区的0-1,4-键，可用于高效降解纤维素转化为可发酵的糖。
GH7的成员具有高度保守序列以及相似三维结构，其催化结构域是由多个loop区围绕反向平行的0-折叠形成的0-三明治结构。
目前已有4个GH7成员的结晶结构得到解析，明确了酶的结构与催化功能之间的关联，对GH7的来源及分类、蛋白序列、结构特征与催化纤维素降解功能关系的研究进展进行阐述。
关键词糖苷水解酶7家族蛋白；纤维素酶结构；纤维素降解；內切葡聚糖酶；外切葡聚糖酶中图分类号Q939.29文献标识码A文章编号445-742((2424)46-412-45doi：4.3969/L issu.445-7441.2020.46.44Advances in Cellulose Degradation by Glycoside Hydrolase Family7ProteinsGAO Xino-xPo,MENG Hony,LI Rony,LI Xinn-zho(Schi.of Bio-Engin.,Dalian Polyiech.Uni.,Dalian22234)AbstrocO Glycoside n yPoPso7family poWius are a Uind of fungal-Perived nyPoPses acting ox02,4-4oxd cestal-Uue co amorphous regioxs of cellulose and car be used to eOicieu/p degrade cellulose and convert into fermeutadle suyao Members of the GH7family have highly coxseeed seqneuces and similar mee-PimeusPhal structures：The cat-amtic domaic is a0Csandwich sNucture formed bp multiple loop regioxs aonod iuvewivep parallel p-FPs.A-pres-eut,the costal sNuctures of17the GH7family poWic have beeu resolved,the oPtWxship betweeu the sNucture of the enzyme and its cataptic fuucboxs was explicit：The advauces iu glycoside hyPoPse7family poWics aPoot the ow igic as well as cPssifica/ox,the poWic seqneuce,the stocmel chaecW/s/cs and the fuucboxal rePFoxs of cellulose degradaFox were expaFateP iu this article：KegWOrOt glycoside hyPomse7family poWius;ceUuPse sNucture；cellulose degradatiox；eudogincabaso;exogp-canase天然纤维素是由葡萄糖单元以0-24-键连接组成的一类大分子多糖物质，结构上具有无序（不定形）和高度有序（结晶）区域。
一一一一一下半月1纤维素酶的分子结构及作用特征1906年，Seilliere 发现蜗牛的消化液能够水解棉花纤维素并产生葡萄糖，这是人类首次发现纤维素酶；1933年，Grassman 等研究了一种真菌的纤维素酶系，分离出两个组分，这是人们首次从真菌中分离出纤维素酶，此后纤维素酶的研究和应用便逐步受到世界各国的普遍关注。
纤维素分解酶是一种多组分的复合酶系，是能够将纤维素降解转化生成葡萄糖的一组酶的总称。
纤维素酶主要通过水解作用，使连接葡萄糖分子的β-l ，4-糖苷键断裂，最终将纤维素分解成单个的葡萄糖分子。
诸多研究普遍表明，纤维素的完全降解至少需要三种酶，根据其催化作用不同，分为：①内切-β-1，4-葡聚糖酶（endo-β-1，4-glucanase ，EG ）：该酶是纤维素酶系中最重要的酶，由于此酶的活性经常由CMC 作为底物测量，因此也称CMCase 、Cx 酶。
这类酶主要作用于纤维素分子内部的非结晶区，随机水解β-l ，4-糖苷键，从而将纤维素长链分子截短，产生大量具有还原性末端的小分子纤维素。
②外切-β-1，4-葡聚糖酶（exo-β-1，4-glucanase ，CBH ）：这类酶可从纤维素分子的还原或非还原端切割糖苷键，每作用一次可生成一个纤维二糖分子，但是经过该酶充分作用的微晶纤维素则最终生成纤维糊精和纤维二糖，所以也叫纤维二糖水解酶（简称CBH ）或C1酶。
③β-1，4-葡萄糖苷酶（β-1，4-glucosidase ，BG ）：它能水解纤维二糖生成单个的葡萄糖分子，由于该酶不直接作用于纤维素，可以消除上述两种酶产物对水解反应的抑制作用，因此可快速水解纤维二糖和纤维三糖。
这三种酶功能虽不同，但具有互补作用的活性酶组分，三者以接力方式把长链纤维素逐步降解成短链，再降解成二糖结构，最后生成单糖，整个反应过程需要各种酶之间相互配合作用，缺一不可。
当然实际的纤维素酶系远不止三种，一些纤维素酶也不仅仅只参与纤维素降解的单个步骤。
纤维素酶水解作用机制00000纤维素酶由三类组成1)内切葡聚糖酶(endo-1,4-β-D-glucanase,EC3-2-1-4,也称EG酶或Cx酶);(2)外切葡聚糖酶(exo-1,4-β-D-glucanase,EC3-2-1-91),又称纤维二糖水解酶(cellobiohydrolase,CBH)或C1酶;(3)β-葡萄糖苷酶(β-glucosidase,EC3-2-1-21),简称BG。
纤维素酶解是一个复杂的过程,其最大特点是协同作用。
内切葡聚糖酶首先作用于微纤维素的无定型区,随机水解β-1,4-糖苷键,产生大量带非还原性末端的小分子纤维素,外切葡聚糖酶从这些非还原性末端上依次水解β-1,4糖苷键,生成纤维二糖及其它低分子纤维糊精,在β-葡萄糖苷酶作用下水解成葡萄糖分子。
这种协同作用普遍存在,除了上述协同作用,还可以发生在内切酶之间,外切酶之间,甚至发生在不同菌源的内切酶与外切酶之间。
一般地说,协同作用与酶解底物的结晶度成正比。
纤维素酶优先作用于纤维素的无定形区域,对结晶纤维素有一定的降解,但难度较大"值得庆幸的是,通过研究,我们对结晶纤维素降解的作用机制已有了一定的认识在纤维素酶解的最初阶段,EG和CBH能引起纤维素的分散化和脱纤化,使纤维素结晶结构被打乱导致变性,纤维素酶深入到纤维素分子界面之间,使其孔壁!腔壁和微裂隙壁的压力增大,水分子介入其中,破坏纤维素分子之间的氢键,产生部分可溶性的微结晶。
纤维素酶中单个组分的作用机制与溶菌酶相似,遵循双置换机制。
2影响纤维素水解的主要因素2.1酶复合物的组分及其比例微生物产生的纤维素酶复合物不一定都有前述三类酶,而是因种类不同,差异较大。
酶复合物的组分及其比例决定了它对纤维素的水解程度,组分较齐,比例适当的酶复合物对纤维素的水解能力较强。
以研究得较多的菌种为例,丝状真菌能产生大量的纤维素酶(20g/L),三类酶都有,而且比例适当,一般不聚集形成多酶复合体,能降解无定纤维素和结晶纤维素。
纤维素分解酶的分子生物学及其应用纤维素是一种天然的多糖，存在于植物细胞壁中，是全球最广泛分布的生物质。
由于其结构复杂，所以很难被微生物降解利用，并因此成为生物质资源利用及能源开发中的限制因素。
而纤维素分解酶作为一种酶类，能够降解纤维素，将其转化为可利用的小分子有机化合物，因此被广泛应用在生物质资源的利用及生物制品的生产中。
本文将主要探讨纤维素分解酶在分子生物学及其应用中的相关知识。
一、纤维素分解酶的种类及特点纤维素分解酶包括纤维素酶、木聚糖酶、纤维素降解酶以及淀粉酶等，其中纤维素酶是最重要的。
纤维素酶按照降解纤维素的位置可分为内切型和末端型两类。
内切型纤维素酶能够在多聚糖内部随机切断β-1,4-糖苷键，从而生成低聚糖，其主要代表有EG(Eglucanase)和CBH(Cellulase)等酶；末端型纤维素酶则是在纤维素的末端分子上切断β-1,4-糖苷键，释放单聚糖，其主要代表有LPMO(Lytic Polysaccharide Monoxygenase)等。
纤维素酶作用的机理主要是通过优化其结构以提高其亲和力和降解效率。
在纤维素降解过程中，淀粉酶作用于纤维素基质表面，形成小的裂隙和孔隙，然后EG和CBH等酶就能够更好地进入到纤维素内部，将其降解为低聚糖。
而LPMO等酶则能提高EG和CBH等酶的切割效率。
二、纤维素分解酶的分子生物学纤维素分解酶的基因来源主要有原生质菌、放线菌、细菌、真菌等。
其中，真菌是最具代表性的一类来源，如曲霉属、木霉属等，其产生的纤维素酶种类最多，具有广泛的降解纤维素能力。
在分子生物学研究中，常通过原核表达系统和真核表达系统对纤维素分解酶进行合成。
在纤维素分解酶的基因组学中，深度测序技术被广泛应用，为分离纤维素酶基因提供了强有力的技术支持。
纤维素酶基因的开发与分离主要有两种途径：一是通过筛选真菌基因组数据库找出对应的纤维素酶基因；二是将相似酶基因互相比较，从而找出纤维素酶基因。
