植物纤维素合酶基因研究进展

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。

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。

纤维素酶的研究进展与发展趋势摘要介绍了国内外纤维素酶的研究进展,并简要阐述了纤维素酶研究的发展趋势。

关键词纤维素酶研究进展趋势纤维素是植物细胞壁的主要成分,广泛存在于自然界,是地球上最丰富、最廉价的可再生资源。

随着世界人口的增长,为解决日益加剧的食品和能源危机,纤维素资源的利用引起了世界各国的极大关注和高度重视。

纤维素酶能够有效地分解天然纤维素,是解决能源危机,食品和饲料紧张及环境污染等问题的重要途径之一。

1 纤维素酶的研究在自然界中,绝大多数的纤维素是由微生物通过分泌纤维素酶来进行降解的。

早在l850年,Mifscherlich己经观察到微生物分解纤维素现象。

但纤维素酶的研究则是从1906年Seilliere在蜗牛消化液中发现了分解天然纤维素的酶,以后才逐渐开始的。

1912年Pringsheim从耐热性纤维素细菌中分离出纤维素酶。

1933年Grassman分辨出了一种真菌纤维素酶的两个组分。

1954年,美国陆军Natick 实验室开始研究军用纤维素材料微生物降解的防护问题,后来发现纤维素经微生物降解后,可产生经济、丰富的生产原料,并且有望解决自然界不断产生的固体废物问题,于是纤维素酶得到了广泛的关注。

50年代,纤维素酶工作转向纤维素酶本身的性质、作用方式、培养条件、测定方法等研究。

l958年,美国华盛顿大学Fry等人用酶水解非淀粉多糖,从那时起,纤维素酶的研究在世界许多国家迅速推广,特别在产纤维素酶的微生物选育、培养条件、纤维素酶的性质、纤维素酶的分离、提纯和协同作用方面的研究进展较快。

60~70年代,Nisizawahe Woo等人对绿色木霉和黑曲霉的纤维素酶做了大量的研究,将纤维素酶分成不同组分,并进行了鉴定。

70~80年代开始利用诱变等育种手段对产纤维素酶的微生物进行了改造,提高其产酶活性。

80年代以后,人们开始利用遗传工程从分子生物学水平对纤维素酶生产菌株进行诱变育种,并对纤维素酶蛋白质的氨基酸序列及其分离纯化等方面进行了深入细致的研究。

纤维素分子结构及其生物降解途径的研究纤维素是一种多糖物质，广泛存在于自然界中的植物细胞壁中。

作为地球上最丰富的生物质之一，纤维素在生态系统中扮演着至关重要的角色，同时也是一种重要的工业原料。

随着环保意识的不断提高，纤维素的生物降解问题备受关注。

本文将介绍纤维素分子结构及其生物降解途径的最新研究进展。

一、纤维素分子结构纤维素是由β-葡聚糖分子通过β-1-4糖苷键连接而成，这种键连接方式与动物体内存在的α-1-4糖苷键不同，因此人类无法对纤维素进行消化吸收。

纤维素分子结构的复杂性使得其降解过程具有一定的难度。

而纤维素分子的结构也决定了纤维素的生物降解途径与效率。

二、纤维素的生物降解途径1.微生物降解：纤维素的生物降解最主要的途径是微生物的降解。

微生物在降解纤维素时，通过酶的作用将纤维素分子分解为低分子量的寡糖和单糖，最终达到完全降解的目的。

微生物还可通过在纤维素结构中加入酰化基团、脱去甲基等方式改变纤维素的结构，从而提高纤维素的生物降解效率。

2.化学降解：化学降解是利用化学方法将纤维素分子分解为低分子量的碳水化合物的过程。

虽然这种方式不如微生物降解方式常用，但在一些特殊的情况下，如纤维素浓度过高时，或为了加速废弃物的降解速度等，化学方法可被投入使用。

3.生物质能源利用：生物质能源利用是指将可再生生物质转化为可再生能源，如在生物质能源的生产过程中，通过液化、气化、发酵、压制等方式处理纤维素，使其成为生物燃料、生物液体燃料、生物气体等可再生能源。

三、纤维素生物降解的研究进展1.纤维素酶研究：纤维素降解的关键在于微生物体内的纤维素酶。

近年来，在纤维素酶研究领域取得了一系列的进展，如发现了新的纤维素酶家族，寻找到了具有高效降解纤维素能力的新物种等。

这些发现为提高纤维素的生物降解效率提供了新的思路。

2.生物质能源利用的研究：生物质能源利用是近年来备受关注的研究方向。

在纤维素的生物降解过程中，通过将纤维素转化为可再生能源的方式，可大大降低环境污染，缓解化石能源短缺问题。

纤维素酶的研究进展邓磊1佛山市顺德区博大生物科技有限公司摘要：纤维素是世界上最丰富的可再生资源，最终需要在纤维素酶的作用下分解为葡萄糖才能应用在生产生活的各个领域。

纤维素酶广泛存在于微生物、动物和植物体内，对纤维素具有特异性的降解作用。

纤维素酶广泛来源于自然界的微生物，纤维素酶分解纤维素，不仅仅能够生产新能源酒精，而且还能够提高动物的消化率。

关键词：纤维素，纤维素酶，枯草芽孢杆菌1The research progress of cellulaseDeng Lei1Boda biological and technology co., LTD shunde district foshan city Abstract: Cellulose is the most abundant renewable resources in the world, and eventually need under the action of cellulose enzyme, broken down into glucose to applications in the areas of production and living. Cellulose enzyme widely exists in microbial animals and plants, effect on the degradation of cellulose is characteristic. Cellulose enzyme widely is derived from the nature of microbes, cellulose enzyme decomposition of cellulose, not only can produce new energy, but also can improve the digestibility of animals.Keywords: cellulose enzyme, cellulose, bacillus subtilis1 纤维素的概述1.1 纤维素的来源纤维素是世界上最为丰富的可再生生物高分子，其不断通过光合作用得以补充[1]。

植物细胞壁中纤维素的生物合成机制和调控研究植物细胞壁是由多种不同的分子组成的，包括纤维素、半纤维素、木质素等。

其中，纤维素是细胞壁的主要成分，其占细胞壁质量的约40%。

纤维素的形成和调控一直是植物生物学研究的热点之一。

本文将探讨植物细胞壁中纤维素的生物合成机制和调控研究。

一、纤维素的合成机制纤维素由许多葡萄糖分子组成，这些葡萄糖分子通过糖苷键连接在一起，形成线性葡聚糖分子。

这些葡聚糖分子以微纤束的形式到达质膜和细胞壁的成熟层，最终形成纤维素纤维。

纤维素合成的主要机制是通过纤维素合成复合体(CSC)进行。

CSC是由多种膜蛋白和细胞器的复合体组成的，其中纤维素合成酶(CesA)是CSC 的核心成分。

在CSC中，纤维素合成酶CesA催化葡萄糖合成纤维素。

另外，其他辅助蛋白和复合体有助于稳定CSC、促进纤维素合成。

二、纤维素合成的调控细胞壁对于植物生长和发育至关重要，因此细胞壁的纤维素合成及其调控也是研究的热点。

目前，已知调控纤维素合成的许多关键因素。

以下是几个值得关注的因素：1、转录因子转录因子是调控基因表达的重要调控因子。

在纤维素合成中，转录因子也起着重要的作用。

例如，MYB46是一个关键的纤维素合成调控因子。

MYB46在膜蛋白上调控纤维素合成的CesA基因并组成纤维素合成复合体。

此外，其他转录因子如KNAT7、NST1、SND1等也对纤维素合成调控有着重要的作用。

2、激素植物的生长发育和逆境响应受到许多激素的调控。

在纤维素合成中，植物激素也起着重要的作用。

例如，生长素和赤霉素促进纤维素合成和纤维素合成基因的表达。

而乙烯、脱落酸等激素则通过抑制纤维素合成基因的表达，来调控纤维素合成。

3、磷酸化和糖基化除了转录因子和植物激素外，磷酸化、糖基化等修饰也对纤维素合成进行了调控。

研究表明，CesA蛋白的磷酸化状态在调控纤维素生物合成中起着重要作用。

总之，植物细胞壁中纤维素的生物合成机制和调控研究至关重要，目前已知的调控因素还不完全。

纤维素酶的研究现状及应用前景刘晓晶,李田,翟增强(中国矿业大学化工学院,江苏徐州221116)摘要 纤维素酶可以使构成植物细胞壁等不易利用的植物纤维分解成葡萄糖,从而提高玉米等秸秆的利用率,推动纤维素酶及燃料乙醇的工业发展及推广。

主要阐述了纤维素的结构和纤维素酶的作用机理,并详细介绍了纤维素酶的发展与应用前景。

关键词 纤维素;纤维素酶;作用机理;生产;应用中图分类号 S 183 文献标识码 A 文章编号 0517-6611(2011)04-01920-02The Status Quo and Applicati on Prospect of Cell u l ase LI U X i ao -ji ng et al (Che m i cal Eng i neer i ng Instit ute ,Ch i na M i ni ng U ni versity ,Xuz hou ,Ji angs u 221168)Abstract Cellul ase can made plant fi bre wha t consti tuted pl ant cell w alls ,etc .resolved i nt o gl ucose ,thereby ,t he utili zati on rate o f ma i ze straw ,et c .was m i proved ,and t he i ndustri a l deve l op ment and generali zati on of ce ll ulase and f uel e t hano lwere promoted .This articlem ai n l y dis -cussed t he structure o f cellul ose and the m echan i s m of t he cellul ase ,and t he develop ment and t he applicati on pros pects of ce ll ulase were i ntro -duced detail edl y .K ey words Cell ulose ;Cell u l ase ;M echanis m;P roducti on ;Appli cation基金项目 中国矿业大学大学生实践创新训练计划项目(2010093)。

《兴安落叶松纤维素合酶基因的克隆及特性分析》篇一一、引言随着生物科技的不断进步，植物基因工程的研究逐渐成为生物技术领域的重要组成部分。

纤维素合酶基因作为植物生长和纤维素合成过程中的关键基因，对于研究植物生长发育及纤维素生产具有重要的意义。

本文以兴安落叶松为研究对象，通过对其纤维素合酶基因的克隆与特性分析，以期为相关领域研究提供理论基础和实践依据。

二、材料与方法1. 材料兴安落叶松基因组DNA，载体及感受态细胞等。

2. 方法（1）基因克隆：采用PCR技术扩增兴安落叶松纤维素合酶基因，将目的基因与载体连接，转化至感受态细胞中，筛选阳性克隆。

（2）特性分析：通过生物信息学方法对克隆得到的基因序列进行分析，包括序列比对、结构预测、表达模式等方面。

三、结果与分析1. 基因克隆结果通过PCR扩增，成功获得了兴安落叶松纤维素合酶基因的全长序列。

将目的基因与载体连接后，转化至感受态细胞中，经过筛选得到了阳性克隆。

2. 特性分析（1）序列比对：将克隆得到的基因序列与其他植物纤维素合酶基因进行比对，发现兴安落叶松纤维素合酶基因具有较高的保守性，与已知的纤维素合酶基因具有较高的相似度。

（2）结构预测：通过生物信息学方法对兴安落叶松纤维素合酶基因的结构进行预测，发现该基因编码的蛋白质具有典型的纤维素合酶结构域，且具有一定的跨膜区域。

（3）表达模式：通过实时荧光定量PCR技术，分析了兴安落叶松纤维素合酶基因在不同组织及不同发育阶段的表达模式。

结果显示，该基因在兴安落叶松的不同组织中均有表达，且在不同发育阶段表达量存在差异。

四、讨论通过对兴安落叶松纤维素合酶基因的克隆及特性分析，我们得到了该基因的全长序列，并对其结构、表达模式等方面进行了初步探讨。

结果表明，该基因具有较高的保守性和典型的纤维素合酶结构域，这为进一步研究其功能奠定了基础。

此外，通过对该基因在不同组织及不同发育阶段的表达模式进行分析，我们发现该基因在兴安落叶松的生长和发育过程中发挥着重要作用。

植物纤维发育过程中细胞壁合成相关基因的探究植物的细胞壁是由复杂的纤维素、半纤维素和赖氨酸多糖等组成的，承担着维护细胞形态、细胞分化和细胞间通讯等重要生物学功能。

在植物发育过程中，细胞壁的合成和改造是一个极为重要的过程。

当前，许多科学家正致力于研究细胞壁合成相关的基因，以深入理解细胞壁的形成机制和调控过程。

细胞壁合成相关基因与细胞壁的形成机制研究细胞壁的形成主要通过合成过程来完成。

在细胞内，两种不同类型的分子——多糖和蛋白质，需要通过相互作用才能形成细胞壁。

其中，细胞壁内的纤维素和半纤维素大量存在，组成了细胞壁的主体骨架。

这些纤维素和半纤维素的合成是由GDP-葡萄糖聚合酶和UDP-半乳糖聚合酶这两种重要的酶催化完成的。

此外，还有一种叫做赖氨酸多糖的分子，同样对于细胞壁的生长和维护起着十分重要的作用。

赖氨酸多糖的合成是由五种不同类别的基因编码的酶催化完成的。

细胞壁合成相关基因的研究object在这些基因中，多糖合成和改造相关的基因家族十分庞大，其中包括了超过100个成员，分布于不同的植物物种。

除了细胞壁内的多糖和蛋白质相关基因，还有很多与细胞壁甚至木质素合成相关的基因也被科学家们开发出来。

在细胞壁合成相关基因家族中，同源拟酶基因对于细胞壁合成起着极为重要的作用。

同源拟酶基因是由一颗基因失去或产生一个副本基因而形成的一组相关基因，这些基因通常具有相近的序列、结构和功能。

这种现象在许多植物物种中普遍存在，尤其在木材类植物中占有极大的比例，因为木材细胞壁需要承担着很大的力量。

然而，细胞壁的合成机制也是极其复杂的。

在基因水平上，细胞壁的合成受到多种基因的作用，包括转录因子、信号转导分子和细胞周期调控分子等。

这些基因不仅会作用于细胞壁形成过程的不同阶段，还可能与环境因素进行交互作用。

因此，要完全掌握细胞壁的合成机制，不仅需要重视细胞壁合成相关基因甚至涉及到生物学领域的多个方面。

尽管如此，相关研究一直在不断深入开展中。