纤维素酶分子结构及作用机理的研究进展

纤维素酶的作用机理及进展的研究摘要：纤维素酶广泛存在于自然界的生物体中，本文论述了纤维素酶的性质，重点介绍了纤维素酶的作用机理、应用及其研究进展，并对其研究前景做了展望。

关键词：纤维素酶；纤维素；作用机理；0引言纤维素酶在饲料、酒精、纺织和食品等领域具有巨大的市场潜力，已被国内外业内人士看好，将是继糖化酶、淀粉酶和蛋白酶之后的第四大工业酶种，甚至在中国完全有可能成为第一大酶种，因此纤维素酶是酶制剂工业中的一个新的增长点。

纤维素占植物干重的35%-50%[1],是世界上分布最广、含量最丰富的碳水化合物。

对人类而言，它又是自然界中最大的可再生物质。

纤维素的利用和转化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十分重要的意义[2]。

1 纤维素酶的性质纤维素酶是一种重要的酶产品，是一种复合酶，主要由外切β-葡聚糖酶、内切β-葡聚糖酶和β-葡萄糖苷酶等组成，还有很高活力的木聚糖酶活力。

纤维素酶是四级结构，,产生纤维素酶的菌种容易退化，导致产酶能力降低。

由于纤维素酶难以提纯，实际应用时一般还含有半纤维素酶和其他相关的酶，如淀粉酶（amylase）、蛋白酶（Protease）等。

纤维素酶的断键机制与溶菌酶一样，遵循双置换机制。

纤维素与酶相互作用中，是酶被底物分子所吸附，然后进行酶解催化，酶的活性较低，仅为淀粉酶的1/100[3] 纤维素酶对底物分子的分解，必须先发生吸附作用。

纤维素酶的吸附不仅与自身性质有关，也与底物密切相关，但纤维素酶的吸附机制总体并未弄清，仍需进一步研究[4]。

2 纤维素酶的作用原理（1）、纤维素酶在提高纤维素、半纤维素分解的同时，可促进植物细胞壁的溶解使更多的植物细胞内溶物溶解出来并能将不易消化的大分子多糖、蛋白质和脂类降解成小分子物质有利于动物胃肠道的消化吸收。

（2）、纤维素酶制剂可激活内源酶的分泌，补充内源酶的不足，并对内源酶进行调整，保证动物正常的消化吸收功能，起到防病，促生长的作用。

纤维素酶的作用机理
纤维素酶的作用机理
纤维素酶是一类重要的植物激素，它可以促进植物细胞的新陈代谢，并促进植物体发育及生长。

纤维素酶的作用机理主要是通过影响纤维素的分解和分解产物--糖的运转和代谢，以及对纤维素结构的改变来调节植物的生长及发育。

首先，纤维素酶可以促进纤维素分解，使得植物可以更快地吸收糖，从而促进植物的生长及发育。

纤维素酶是一类酶，它可以分解纤维素的结构，来释放糖分，使其能够被植物吸收。

纤维素酶能够分解纤维素，使植物获得糖分的途径更多更快。

其次，纤维素酶可以促进糖的代谢和运转，从而帮助植物合成有益的物质。

一方面，糖分在被植物吸收后，经过糖代谢，最终会产生植物性激素，促进植物的生长和发育；另一方面，糖分经糖代谢以后，也会产生一些有机酸，它们可以改变植物细胞的外在环境，促进植物细胞的合成，从而促进植物的生长和发育。

最后，纤维素酶还可以改变纤维素的结构，从而改变植物的生长发育。

纤维素在植物细胞壁中的结构是至关重要的，因为它可以控制植物细胞壁的弹性，对于植物的生长发育有很大的影响。

纤维素酶可以改变纤维素的结构，从而改变植物细胞壁的结构，帮助植物达到正常的生长发育。

总而言之，纤维素酶是一类重要的植物激素，它的作用主要是通过影响纤维素的分解和分解产物--糖的运转和代谢，以及对纤维素结
构的改变来调节植物的生长及发育，从而实现植物的正常生长发育。

酶学研究的最新进展酶学是研究酶作用机理、性质以及酶的应用等方面的学科。

酶作为生物催化剂，参与了生命的各个领域，如代谢、信号传导、细胞分化、免疫反应等。

对于酶学的研究，不仅可以加深对生命基本规律的认识，还能为实现农业、医疗、工业等领域的经济增长和社会发展做出重要的贡献。

在现代生命科学的研究中，酶学一直是一个热门话题。

近年来，酶学研究在机制、结构、功能等方面都取得了一些新进展。

一、酶催化机制的新认识催化是酶最基本的功能之一。

酶能够加速化学反应的速率，使之不再受限于传统反应条件，如温度、pH等。

而酶作用机制，一直是酶学家们关注的焦点。

目前，关于酶催化机制的研究主要集中在以下几个方面。

1.催化机构的精细解析酶的催化机构通常包括吸附、取向、诱导、质子传递等多个环节。

目前，酶学家们在利用X射线晶体结构技术等手段，对许多重要酶的催化机构进行了精细解析。

例如，对乳酸脱氢酶、乙醇脱氢酶、GLUT1、P-gp等酶的结构研究，揭示了酶的催化机制，进一步深化了对酶的理解。

2.中间态的探究与研究在催化过程中，酶能够形成不同的中间态，这些中间态反映了催化机制的多个方面，如亚基配位、化学反应、质子转移等。

例如，针对α-淀粉酶、环氧酶、酯酶、乳酸催化剂等酶的研究，发现了不同的中间态，进一步揭示了其催化机制。

3.催化剂的创新发现酶的活性部位就是催化剂。

近来，对酶活性部位的理解得到了重要补充。

例如，发现了吡咯核酸的催化剂作用、金属离子的催化剂作用、催化剂协作的作用等重要发现。

这些新发现，可能在未来的研究中为制备更高效的催化剂提供借鉴。

二、酶结构与功能的研究酶的结构与功能是密不可分的。

如何发现和研究酶的结构与功能，一直是酶学家们努力的方向。

近些年来，关于酶结构与功能的研究进展主要集中在以下几个方面。

1.结构和功能之间的联系酶学家们一直在努力破解结构与功能之间的联系。

近来，研究人员采用多种方法来探究酶的结构和功能之间的关系，例如，利用定量质谱方法、表达遗传学方法等，可以发现结构上构象变化给酶的功能带来了重要影响。

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 a rt m en t of S ou rce and E nv ironm en ta l E ng ineering ,Gu ilin U n iversity of T echnology ,Gu ilin ,Guang x i 541004,Ch ina )Abstract :Cellu lo se accoun t fo r 2 3of to tal dry m atter w eigh t of p lan t ,it is no t on ly one of very i m po rtan t natu ral o riginal o rgan ic m atter on the earth su rface ,bu t also its degradati on is the key link of carbon recycle in na 2tu re .T he researches of app lying the p lan t cellu lo se ,a renew ab le resou rce to p roduce fuel alcoho l ,w ere gradually carried ou t all around the w o rld .A s a h igh active b i ocatalyst ,cellu lase p lays an i m po rtan t ro le in the p rocess of cellu lo se degradati on .T he mo lecu lar structu re of cellu lo se ,p retreatm en t of natu ral cellu lo se mo lecu le ,mo lecu lar structu re and functi on m echan is m of cellu lase ,the screen ing and cu ltu ring of cellu lo lytic m icroo rgan is m s ,the in 2teracti on betw een cellu lo lytic m icroo rgan is m s and non 2cellu lo lytic m icroo rgan is m s ,etc .w ere summ arized in the paper .It pu ts fo rw ard that comp lex ity and diversity of sub strate structu re of cellu lo se ,mo lecu lar m echan is m of cellu lase on degrading cellu lo se and the in teracti on among several m icroo rgan is m s in the p rocess of cellu lo se degra 2dati on w ere the key p rob lem s on affecting the research of cellu lo se degradati on .M o reover ,the p ro spect of p roduc 2ing fuel alcoho l by p lan t cellu lo se degraded w ith cellu lase w as fo recasted .Key words :cellu lo se ;cellu lase ;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。

分解纤维素的微生物纤维素是由D-葡萄糖以β-1,4 糖苷键结合起来的链状高分子化合物，具有不溶性的刚性结构，在常温下不溶于水、也不溶于稀酸和稀碱，在自然条件下分解缓慢。

全球每年产生的纤维素高达1000 亿，中国农作物秸秆量达到6 亿t，林木枝桠和林业废弃物年可获得量约9 亿t，但这些资源大部分通过简单的焚烧方式利用，利用率极低，在浪费能源的同时对环境造成了污染。

目前，对于纤维素的利用主要是通过化学或生物处理从而实现资源化。

微生物分解纤维素是纤维素生物处理技术的核心。

到70 年代以后，随着能源危机和环境污，纤维素的资源化利用是当前研究的热点。

微生物作为处理纤维素的一种手段，由于其对环境危害小，且能实现资源的再利用而越来越受到重视。

弄清纤维素酶的作用机制是关键，此外分离和选育出针对不同行业的高效纤维素分解菌种，研究不同来源纤维素酶以及不同菌种之间的协同作用，弄清菌株与菌株之间的关系及其在降解发酵过程中的作用，以达到构建高效稳定的纤维素降解菌群的目的，从而为实现纤维素的资源化利用提供科学的基础保障。

近二三十年来，在纤维素酶菌株的选育、纤维素酶组分及降解机制、纤维素酶合成的调节和控制以及纤维素酶应用等诸多分枝课题都取得了很大的进展。

有关纤维素降解机理的研究有很多，但纤维素酶将天然纤维素转化成葡萄糖过程中的细节至今仍不清楚。

目前，关于纤维素的降解机理主要有以下几种。

假说1950 年Reese 等人就对纤维素酶的作用方式提出了一个著名的C1-Cx假说，该学说认为，C1酶首先作用于结晶纤维素，使形成结晶结构的纤维素链开裂，长链分子的末端部分离，使其转化为非结晶形式，从而使纤维素链易于水解；Cx 酶随机水解非结晶纤维素，可溶性纤维素衍生物和葡萄糖的β-1,4-寡聚物；β-葡萄糖苷酶将纤维二糖和纤维三糖水解成葡萄糖。

2. 协同理论该理论认为：纤维素降解是由EG(内切葡聚糖酶)、 CBH(外切葡聚糖纤维二糖水解酶)和CB(纤维二糖酶或β-葡萄糖苷酶)共同作用的结果。