F_10木聚糖酶研究进展
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木聚糖酶的研究进展陈洪洋;蔡俊;林建国;王常高;杜馨【摘要】木聚糖是仅次于纤维素的第二丰富的可再生资源,通过筛选出产木聚糖酶的菌株,利用基因工程技术,将木聚糖酶基因进行异源表达,提高木聚糖酶产量.该文综述了菌株产生的木聚糖酶酶学性质,并对酶学性质进行改善使木聚糖酶更符合应用的条件,同时研究木聚糖酶分离纯化的步骤,来提高木聚糖酶的酶活.文章重点介绍了木聚糖酶的产生菌和木聚糖酶在基因工程技术等方面研究进展,并对木聚糖酶的分离纯化方法做了简要地介绍.【期刊名称】《中国酿造》【年(卷),期】2016(035)011【总页数】6页(P1-6)【关键词】木聚糖酶;基因工程;酶学性质;分离纯化【作者】陈洪洋;蔡俊;林建国;王常高;杜馨【作者单位】湖北工业大学发酵工程教育部重点实验室,工业发酵湖北省协同创新中心,湖北武汉430068;湖北工业大学发酵工程教育部重点实验室,工业发酵湖北省协同创新中心,湖北武汉430068;湖北工业大学发酵工程教育部重点实验室,工业发酵湖北省协同创新中心,湖北武汉430068;湖北工业大学发酵工程教育部重点实验室,工业发酵湖北省协同创新中心,湖北武汉430068;湖北工业大学发酵工程教育部重点实验室,工业发酵湖北省协同创新中心,湖北武汉430068【正文语种】中文【中图分类】Q814.9木聚糖是植物半纤维素的主要组成部分,广泛存在于玉米芯、甘蔗渣、麦麸、秸秆等农作物废弃物中,由于木聚糖酶能够将木聚糖分解成不同长度的低聚木糖和木糖,该产物具有重要的经济价值,通过木聚糖酶将这些可利用资源充分利用,发挥其潜在的应用价值,木聚糖酶的研究也受到充分的重视。
现在木聚糖酶已广泛应用于造纸、食品、饲料和能源等领域,带来了很大的经济效益。
目前木聚糖酶的生产主要来源于微生物发酵,对发酵得到的木聚糖酶的酶学性质进行研究,以便了解该酶的应用范围,使木聚糖酶在工业应用中发挥其巨大的潜能,增加更多的经济效益,为各领域的发展做出更大的贡献。
F/10及G/11木聚糖酶家族的数学建模与分析的开题报告一、研究背景及意义木聚糖酶是一类重要的酶,能够降解植物细胞壁中木聚糖,它对于生物质降解和生物质能源利用具有重要的实际应用价值。
F/10和G/11木聚糖酶家族是其中的两个典型代表,它们在木聚糖降解过程中起着重要的作用,对于木聚糖分子结构的破坏有着显著的差异,因此这两种酶家族的研究对于深入了解木聚糖降解过程具有重要意义。
数学建模是一种有效的手段,可以帮助我们更好地理解和预测生物体内复杂的反应过程,通过对F/10和G/11酶家族的数学建模和分析,可以揭示它们在木聚糖降解中的作用机制,对于寻找高效、低成本的生物质能源生产技术具有重要帮助。
二、研究目标和内容本研究的主要目标是对F/10和G/11两种木聚糖酶家族的功能、结构和降解机制进行深入分析,并建立相应的数学模型进行研究和预测。
具体内容包括:1.调查相关文献,了解F/10和G/11两种木聚糖酶家族的基本结构、功能和降解机制;2.建立F/10和G/11木聚糖酶家族的动力学模型,模拟模型的动力学行为,通过模拟和预测研究木聚糖降解过程中酶的作用特点;3.对模型进行数值计算和分析,研究酶浓度和反应时间等因素对于模型行为的影响;4.验证模型的准确性和可靠性,并根据模型预测结果提出相关的实验方案,进一步验证模型的科学性和应用价值。
三、研究方法本研究采用的方法主要包括:1.文献调研法:查阅相关论文和文献,收集F/10和G/11木聚糖酶家族的结构、功能和降解机制等相关信息;2.数学建模法:建立F/10和G/11木聚糖酶家族的动力学模型,包括酶的反应速率、反应动力学和化学平衡等方面,分析酶在反应过程中的作用特点和反应动力学;3.计算机数值模拟法:利用计算机进行数值计算和分析,研究酶浓度和反应时间等因素对模型行为的影响,优化模型参数,提高模型的准确性和可靠性;4.实验验证法:依据模型预测结果,设计相关实验方案,验证模型的可靠性和科学性。
木聚糖酶及其应用研究进展阮同琦1赵祥颖2刘建军1,2(1山东轻工业学院食品与生物工程学院济南250353)(2山东省食品发酵工业研究设计院济南250013)摘要木聚糖酶是半纤维素的主要一种,它是由β-D-吡喃型木糖单元通过1-4糖苷相连的直链高聚物。
分解木聚糖的最主要的酶为β-D-1,4内切木聚糖酶。
近十年来,木聚糖酶在饲料、食品、制浆造纸工业中显示了广阔的应用前景。
本文重点论述了木聚糖的结构、木聚糖酶的特性及其应用。
关键字木聚糖酶木聚糖半纤维素应用A b str act:X y l an is the p r inci p al t y pe of h em i cell u l o se.It is a li n ear p olym er o fβ-D-x ylop yran osyl u nit s l ink edb y β(1-4)gl y co si d i c b ond s.A n enzym at ic co m plex is r espo nsi ble f o r t he h yd r olysi s of xylan,but the m ai n enzym es i n vo l v edare end o-1,4-βxy l an ase andβ-xy l o sidase.R ecentl y,t h ere h as b eenm u chi n du str ial interest i nxy l anan d i ts hy drol y t ic enzym ati c co m p l ex,as a sup plem ent in an i m al f eed,f or the m an uf acture of bread,food and d r inks, tex t il es,bleach i n go f cel lu l o se p ulp,ethano l andx yli to l prod ucti o n.T his rev i ew descri b es so m e p r o pert ies o f xy lan an dxylan ase,as w ell as thei r co m m ercial ap pli cati o ns.K eyw or ds:xyl anase;xyl an;hem i cel l ul ose;paper pul p;ani m al f eed;appl i cat i on木聚糖酶是半纤维素的主要一种,是除纤维素之外自然界中最为丰富的多糖,也是自然界中最为丰富的可再生资源之一。
木聚糖酶的研究进展及其应用付冠华;李端;周晨妍;丰慧根【摘要】The application status and research focus of xylanase infeed,food,paper making and energy fields were summarized,and its application prospect was forecasted.%综述了木聚糖酶在饲料、食品、造纸及能源等领域的应用现状与研发热点,展望了木聚糖酶的应用前景.【期刊名称】《安徽农业科学》【年(卷),期】2011(039)035【总页数】3页(P21566-21568)【关键词】木聚糖酶;催化机制;基因克隆【作者】付冠华;李端;周晨妍;丰慧根【作者单位】新乡医学院生命科学技术系,河南省医学遗传学与分子靶向药物高校重点实验室培育基地,河南新乡453003;新乡医学院生命科学技术系,河南省医学遗传学与分子靶向药物高校重点实验室培育基地,河南新乡453003;新乡医学院生命科学技术系,河南省医学遗传学与分子靶向药物高校重点实验室培育基地,河南新乡453003;新乡医学院生命科学技术系,河南省医学遗传学与分子靶向药物高校重点实验室培育基地,河南新乡453003【正文语种】中文【中图分类】S132木聚糖(Xylan)是植物半纤维素的主要成分,是除纤维素外自然界中存在的最丰富的多糖。
木聚糖酶广泛存在于动物、植物和微生物中,该酶通常以随机方式作用于木聚糖主链,将其降解为低聚木糖和木糖。
广义的木聚糖酶是指能够降解半纤维素木聚糖的一组酶的总称,包括多种内切酶和外切酶。
但通常所说的木聚糖酶仅限于内切β-1,4-D-木聚糖酶(endo-β-1,4-D-xylanase)[EC.3.2.1.8],该酶是木聚糖降解酶系中最关键的酶,也是目前木聚糖酶研究的热点[1-3]。
1 木聚糖酶的研究进展国际上有关微生物木聚糖酶的诱导与调节机理,酶的提纯、鉴定方法,以及木聚糖酶基因分子的克隆与表达研究较多。
木聚糖酶的研究进展及其应用Beta-glucosidase, also known as beta-glucoside glucosidase, is a kind of widely present enzyme in organisms, which can specifically catalyze the hydrolysis of β-glucoside to release glucose contained in β-glucoside. It is widely present in plants, animals, and microorganisms. In recent years, with the development of biotechnology andgenetic engineering, β-glucosidase has been widely used in food, medicine and other fields of biotechnology industry.β-glucosidase enzymes catalyze the hydro lysis of β-glucoside, releasing glucose molecules for many physiological and metabolic processes. As a result, it plays a key role in numerous important biochemical reactions and processes. Extracellular β-glucosidases have been used in biotechnological industries such as food, medicine, and fermentation due to their wide range of application, high processivity and stability. Meanwhile, some β-glucosidases can also be used in the production of various medicines, such as glycoside antibiotics and flavonoids. Similarly, some β-glucosidases can also be used in various synthetic and fermentation processes, such as the synthesis of sugaralcohols and biosurfactants, and the preparation of crude enzyme products.In recent years, a variety of β-glucosidase enzymeshave been isolated and studied. In terms of specific enzymes, β-glucosidase from ganoderma lucidum, a kind of fungus, has been studied in depth and can be used for biomass degradation, cellulose and pectin degradation, and lignin degradation. Inaddition, β-glucosidase produced by anaerobic fungi has excellent activity and is of great practical significance. In addition, some studies have found that β-glucosidase can be used in some processes such as waste water treatment and sugar metabolism regulation.In summary, β-glucosidase has a wide range of applications in biotechnology industries such as food, medicine, fermentation, and crude enzyme production due toits high processivity and stability. In addition, with the development of biotechnology and genetic engineering, many new β-glucosidases have been isolated and researched, which gives β-glucosidase a broader range of applications.。
第28卷第6期2009年11月食品与生物技术学报Journal of Food Science and BiotechnologyV ol.28 N o.6N ov. 2009文章编号:1673-1689(2009)06-0727-06 收稿日期:2008-02-17基金项目:河南省科技攻关资助项目(072102220001),江苏省自然科学基金资金项目(BK2007067).作者简介:刘亮伟(1967-),男,河南长葛人,工学博士,副教授,主要从事微生物酶学理性改造方面的研究。
Email:llw 321@y F /10木聚糖酶研究进展刘亮伟1, 杨海玉1, 胡瑜1, 李相前2(1.河南农业大学生命科学学院,河南郑州45002;2.淮阴工学院生命科学与化学工程学院,江苏淮安223001)摘 要:木聚糖酶广泛应用在食品加工、纸浆漂白、饲料添加剂、工业乙醇的生产,生物转化等领域。
相对于G/11木聚糖酶,F/10家族在稳定性、耐酸性和耐碱性方面更有优越性,本文综述了该家族木聚糖酶的相关基因,酶分子空间结构及催化机理等基本特性,特别对热稳定性属性及基因工程改造其稳定方面进行了详细说明,为进一步进行酶分子改造和应用提供借鉴。
关键词:木聚糖酶;热稳定性;空间结构;基因工程中图分类号:Q 55文献标识码:AA Review of F/10XylanaseLIU Liang -w ei 1, YANG H a-i yu 1, H U Yu 1, LI Xiang -qian2(Colleg e of L ife Sciences o f Henan A g riculat rual U niver sity,Zheng zhou 450002,China; 2.H uaiyin Institute ofT echno log y ,H uaian 450003,China)Abstract:Xy lanase is w idely used in biotechnolog y related areas,such as food processing,pulp bio -bleaching,anim al feed additive,ethanol pr oduction,bio -conversio n,and so paredw ith G/11x ylanase,F/10xy lanase is mo re advantageous in thermostability,acidic resistance and alkaliphilic ability.T his manuscript review ed the related genes,enzy me 3D structure,cataly sis mechanism of this family,especially abo ut its therm ostability and g enetic engineering,w hich is useful for further investigatio n of property and deeper usage in industries.Key words:F/10x ylanase,therm ostability,structure,genetic engineering,catalysis m echanism木聚糖酶(EC 3.2.1.8)水解木聚糖的 -1,4-糖苷键,与自然界中第二大能源物质-半纤维素的降解和五碳糖的循环利用相联系。
现在木聚糖酶广泛应用于工业生产中:啤酒酿造、面包烘焙、动物饲料、生物漂白、乙醇生产、生物转化等。
由于环境多样性,造成不同生物来源的木聚糖酶在理化特性,结构,催化模式和底物特异性等方面具有多样性。
已经发现木聚糖酶分布在5,7,8,10,11,43等家族的糖苷水解酶中。
根据催化结构域的氨基酸组成,大部分木聚糖酶属于F/10和G/11木聚糖酶两大家族。
G/11木聚糖酶多为单结构域,相对分子质量一般小于30000,产物中寡聚糖含量较多,而单糖成分较少,酶最适温度50~60 ,在空间结构上呈 右手半握状 。
F/10木聚糖酶则含有较多结构域,不仅有催化结构域,还存在纤维素结合结构域(Ce-llulo se Binding Domain:CBD),相对分子质量一般大于30000,而催化产物中单糖较多,最适温度60~ 80 ,在结构上呈现 碗状 结构[1]。
与G/11家族相比,F/10家族木聚糖酶在耐高温、耐酸和耐碱性方面更有优越性。
现在已经开发了一些商品酶,但是在应用中还存在许多问题,诸如酶的热稳定性、底物结合结构域的作用、耐极端状况的特性、酶的催化机理等需要进一步研究,以便开发更加适合工业生产,满足人民生活需要的新酶。
作者就F/10木聚糖酶的分子生物学属性做一回顾,期望对木聚糖酶的深入研究和开发有所裨益。
由于木聚糖酶在工业应用中的广泛性,人们从芽胞杆菌属菌株,木霉属,曲霉属,青霉属,乳杆菌,假丝酵母菌等中得到嗜碱性木聚糖酶。
从里氏木霉,白曲霉,酵母类真菌,青霉属分离到嗜酸性木聚糖酶[2],其中黑曲霉和里氏木霉木聚糖酶研究较为深入[3]。
为了使用和研究酶的稳定性,从嗜热和超嗜热微生物中分离热稳定性的木聚糖酶,热解纤维素果汁杆菌属,海洋红嗜热盐菌,脂肪嗜热芽孢杆菌,嗜热子囊菌,热纤梭菌等。
来源于海栖热袍菌的Xy nA是已报道的嗜热性最高的酶,最适温度105 [2]。
已经发现许多F/10木聚糖酶(见Tab1),并且许多木聚糖酶基因在真核、原核生物中得到了成功表达[4],为研究木聚糖酶催化机理及酶分子进化[5]、热稳定性[6-7]、结构模拟提供了方便[8]。
在研究木聚糖酶的基因转录、表达调控时, Blum观察到Clostridium therm ocellum中编码阿魏酸酯酶的基因与F/10木聚糖酶相邻[9],可能与阿魏酸基团在植物细胞壁中作为结构骨架和提供保护有关,可以避免被微生物降解。
在密码子偏好性方面,F/10木聚糖酶基因的密码子的家族特征以 a 碱基为主;而G/11家族以 g/c 碱基为主[10]。
表1 F/10木聚糖酶基因及结构Tab.1 Genes and structure of F/10xylanase蛋白质序列号来源物种结构域三维结构长度位置P26514Str ep tomy ces liv idans R icin B-ty pe lectin(1)X-r ay(12)477ex tra Q60037T her motoga mar itima CBM-cenC(2)X-ray(3)1059P07986Cellulomonas f imi CBM2(1)X-r ay(5);N M R(2)484P14768Ps eudomonas f luor escens CBM2(1)X-r ay(7);N M R(2)611P51584Clostr idi um ther mocellum CBM-cenC(2)X-r ay(10)1077 P10478Clostr idi um ther mocellum CBM6(1)X-ray(3)837 P40944Cal dicellulosir up tor sp.CBM-cenC(2)684 P29126Ruminococcus f lav ef aciens G H10/GH11*954 Q60042T her motoga neap ol itana CBM-cenC(2)1055P36917T her moanaer obacter sacchar oly ticum CBM-cenC(2);SL H(2)1157P23030Ps eudomonas f luor escens CBM2(1);CBM6(1)592P40942Clostr idium s ter cor ar ium X-ray(1)387P07528Bacillus halod ur ans X-ray(1)396ex traP40943Bacillus s tearo ther mop hil us X-ray(4)407ex traP56588Penicillium simp licissimum X-ray(8)302ex traQ00177E mer icella nidul ans X-ray(1)327ex traP23360T her moascus aur antiacus X-r ay(10)329O60206A gar icus bis p or us333ex traP45703Bacillus s tearo ther mop hil us330ex traO59859A sp er gil lus aculeatus327ex traP33559A sp er gillus k aw achi327ex traP07529Cry p tococcus albidus332ex traP29417Penicillium chr y sogenum353ex traP23557Caldocellum sacchar oly ticum312728食 品 与 生 物 技 术 学 报 第28卷续表2蛋白质序列号来源物种结构域三维结构长度位置P 49942Bacteroid es ovatus 376P 23551Buty r ivibr io f ibr isolv ens411P 23556Caldocellum sacchar oly ticum 342Q12603Dicty oglomus ther mop hilum 352P 48789P revotella r uminicol a369Q60041T her motoga neap ol itana 346注:*双功能活性的木聚糖酶,具有GH10和GH11的活性;Locatio n:指木聚糖酶分泌所处位置,extra:胞外酶;()酶结构中所含CBM 的数量或X -ray 数据的个数;数据来源于Uniprot Release 14.6(去掉片段性序列,包含双功能活性的酶);Accession N um -ber:木聚糖酶在Sw iss -prot 中的登陆号;Leng th:指木聚糖酶氨基酸序列中所含氨基酸数目;3D:测定出晶体结构的木聚糖酶。
1 F/10木聚糖酶的多结构域一般来说,F/10木聚糖酶由真菌、细菌和植物产生。
它有较大相对分子质量(>30000),结构复杂,通常由多个结构域组成,包含一个催化结构域(参见Tab1)。