论文 生物大分子.

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1、上海大学2013～2014学年春季学期研究生课程考试（小论文）课程名称：生物大分子课程编号：12S009005论文题目：纤维素酶的研究进展研究生姓名：(签名)许庆云学号：13722027论文评语：成绩：任课教师：张娟评阅日期：纤维素酶的研究进展许庆云（上海大学生命科学学院上海200444）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、纤维素酶的作用机理及产纤维素的微生物，并详细介绍了纤维素酶的分离纯化与应用。关键词：纤维素酶；分离纯化；应用前言在自然界中，纤

2、维素被称为是地球上最分布最广泛，含量最丰富、最廉价的可再生资源[1]。据统计，植物每年通过光合作用，可以产生15.5×l010t的纤维素类物质，其中纤维素、半纤维素占1/2以上[2]。然而，大部分纤维素类物质如玉米稻秆、稻草等，没有合理的利用而是通过焚烧或是随意丢弃等方式来处理纤维素类物质。我国大约有50%以上的纤维素类物质没有合理利用，全世界每年因焚烧或是通过其他简单原始的方法处理废弃的纤维素类物质所造成的经济损失达数十亿元[3]。目前，我们主要利用的能源是不可再生资源，随着全球经济的发展和人口的不断增多，人类对能源的需求逐渐加大。据调查显示，我国每年的能源消耗大约以

3、9%的速度逐年递増，能源供不应求[4]。目前，生产生物酒精的主要来源物质是淀粉类作物，其成本高，对于我们这样一个人口大国来讲，将大量的农作物用于生物能源生产会导致“人车争粮”的危机。在资源逐歩枯竭和能源短缺的情况下，世界各国都在谋求有效地开发和利用生物质资源。其中通过纤维素酶（celluase）降解各类植物纤维素制取燃料酒精等能源是解决能源来源的主要途径之一。这对解决当今世界所面临的环境污染、粮食短缺和能源危机等问题具有重大意义[5]。1纤维素及纤维素酶简介1.1纤维素纤维素是D-脱水葡萄糖吡喃型单位通过β-1，4-葡萄糖苷键连接成的线性大分子多聚物，纤维二糖是其基本单

4、元。纤维素主要有结晶区和非结晶区两部分，前者结构稳定，微生物降解十分困难；后者结构比较疏松，很易被微生物降解。纤维素分子表面平整，易于长向伸展，加上吡喃型葡萄糖环上的侧基，十分利于氢键的形成，氢键使这种带状、刚性的分子链聚集在一起，成为结晶性的原纤维结构。因此纤维素分子链结晶区有氢键（包括分子链内、链间及分子链与表面分子之间形成的氢键）是造成纤维素难以被利用的根本原因。1.2纤维素酶1.2.1纤维素酶的组成与水解作用机理纤维素酶是指通过各个组分间的协同作用水解β-l，4-葡萄糖苷键将纤维素类物质分解为葡萄糖的一组酶的总称[6-8]。微生物所产生的纤维素酶系是一个多组分酶

5、系，通常将纤维素分为内切葡聚糖酶、外切葡聚糖酶和β-葡萄糖苷酶。一般来说，内切葡聚糖酶作用于纤维素分子内部的非结晶区或羧甲基纤维素，随机水解β-1，4-糖苷键，将长链纤维分子截断，产生大量小分子纤维素。外切葡聚糖酶，作用于纤维素线状分子末端，水解β-1，4-糖苷键，每次从纤维素链的非还原端切下一个纤维二糖分子，可以水解微晶纤维素。而β-葡萄糖苷酶水解纤维二糖和短链的纤维寡糖生成葡萄糖。3种酶协同作用，完成对纤维素的降解。1.2.2产纤维素酶的微生物纤维素酶的来源相当的广泛，自然界中大多数的微生物如真菌，细菌，放线菌等可以产生纤维素酶。目前人们主要研究的产纤维素酶的真菌，

6、这主要是因为真菌产纤维素酶酶活较高，且是胞外酶，易于收集和检测控制，对于自然界存在的纤维素类物质有较好的降解效果。产纤维素酶的真菌以丝状真菌为主，主要有木霉属，曲霉属和青霉属，其中木霉属被研究的最多也最为透彻。如里氏木霉、黑曲霉、绿色木霉、等是产纤维素酶酶活较高的代表菌株。2纤维素酶的分离纯化2.1沉淀法蛋白质在溶液中的稳定性与分子大小、带电荷量和水化作用有一定的相关性，改变这些因素会对蛋白质的稳定性有所影响。当蛋白质的稳定性遭到破坏时就会沉淀析出。常见的沉淀法有盐析法、有机溶剂沉淀法、重金属沉淀法及加热变性沉淀法，其中盐析法多用于纤维素酶的分离纯化。蛋白质盐析时，通常

7、采用的中性盐有硫酸铵、硫酸钠、硫酸钾和氯化钠等。纤维素酶的分离纯化多采用硫酸铵分级沉淀法，因为硫酸铵具有溶解度大、对温度变化不敏感、分级效果好等特点。2.2凝胶层析法凝胶层析是以多孔性凝胶填料为固定相，按照分子大小不同分离样品中各组分的一种层析技术。具有条件温和、简便、分离范围广、回收率高等特点。凝胶材料主要有葡萄糖、琼脂糖、聚丙烯酰胺。层析时用的微孔凝胶是由凝胶材料与交联剂聚合而成，交联剂添加量越大，载体颗粒的孔径就越小。2.3离子交换层析法离子交换层析是利用固定相偶联的离子交换基团和流动相解离的离子化合物之间发生可逆的离子交换反应而进