第二节 半纤维素降解微生物及半纤维素酶类.ppt

木材细胞壁的构造及组成： 瘤层　　 内层　　中层　　外层　　初生壁　　 中胶层 　　　　　　　 次生壁 中胶层：厚约为0.2-1.0μm，位于细胞之间，负责将它们连在一起，在成熟的木材中，中胶层是高度木化的。 初生壁：位于细胞外的初生壁是一层厚约0.1-0.2 μm壁，由半纤维素，纤维素、果胶和完全包在木质素中的蛋白质组成。 次生壁：分为三层，由内向外、内层，中层，外层。由包裹在木质素和半纤维素中定位不同的纤维素纤丝组成，并代表了纤维素合成阶段及在最初原生质中的位置，只要植物细胞壁的天然结构保持完好，其中木质素就能防止降解酶类接触纤维素纤丝。 第二节　半纤维素降解微生物及半纤维素酶类 2.1 半纤维素的组成及基本结构 一、半纤维素 1.半纤维素：是由几种不同类型的单糖构成的异质多聚体。单糖聚合体间分别以共价键、氢键、醚键和酯键连接，他们与伸展蛋白、其他结构蛋白、壁酶、纤维素和果胶等构成具有一定硬度和弹性的细胞壁，因而呈现稳定的化学结构。是植物纤维材料中除去纤维素和果胶之外的碳水化合物，是植物纤维原料中的主要成分之一。 二、纤维素和半纤维素化学结构的差别 1、由不同的糖单元组成，纤维素只含有葡萄糖，为同聚多糖。半纤维素含有多种糖，可能为同聚多糖，也可以为两种或多种单糖形成的杂聚多糖。 2、糖链链长的聚合度不同，纤维素的糖链较长，半纤维素的链长较短。 3、两类物质的分子中分支不同，纤维素无分支，半纤维素有分支，有的单糖只出现在支链上。 三、半纤维素的分类 四 木聚糖类 1 木聚糖：主链为β-D-吡喃木糖以β-1,4-糖苷键连接而成的线状分子，分子量约30000（200个糖单位），白色无定形粉末，不溶于冷水，溶于稀碱溶液。 2 木聚糖是各种半纤维素中的主要成分。木聚糖类广泛存在于自然界，几乎所有植物中都含有。木聚糖在植物细胞壁中的含量仅次于纤维素。 3 不同植物所含木聚糖多少也有所差别 一般硬材中所含的木聚糖比软材中多，硬材能占干重的15%-30%。 一些一年生植物如小麦，甘蔗，棉花的籽壳中，木聚糖含量非常高，一般能高达30%以上。 4 同聚多糖与异聚多糖 5 木聚糖分类： 2.2　降解半纤维素的微生物 大多数的细菌和真菌——能够分泌胞外木聚糖酶，释放木糖，为在木聚糖上生长的异养生物提供养料。 瘤胃微生物是具有潜力的半纤维素酶产生者。 瑞氏木霉，绿色木霉、粉状侧孢—有较高的胞外半纤维素酶活性。 很多能分解半纤维素的微生物只具有内切葡聚糖酶，而缺少外切葡聚糖酶，因而半纤维素分解能力很弱。 胞外半纤维素酶活力较强的微生物——曲霉，枯草杆菌，厌氧性的梭状芽孢杆菌。 2.3　半纤维素降解酶 1 木聚糖降解酶系的多样性 （1）由于来源的不同，故木聚糖酶的组成，性质均不相同 （2）木聚糖本身结构的杂合性决定了它不可能被任何一种单一的酶类彻底降解。 （3）木糖苷连接键本身不都是等价的。木聚糖降解酶对于它们的接近性也不是等同的 （4）由于同种异形酶或同基因的不同等位基因的产物，经过翻译后修饰和加工形成同工酶。 2、木聚糖降解酶的分类 根据木聚糖降解酶的催化特性可将其分为6类： β－1.4－内切木聚糖酶 β－木糖苷酶（外切酶） α－L-呋喃型阿拉伯糖苷酶 α－葡萄糖醛酸苷酶 乙酰木聚糖酯酶 酚酸酯酶。 （1） β－1.4－内切木聚糖酶 ①作用：切开木聚糖主链内的糖苷键，降低基质的聚合度 ②作用步骤：木聚糖 低聚木糖 木三糖，木二糖， ③根据酶理化性质 分子质量＜30Kμ的酶（通常为硷性蛋白） 分量质量＞ 30Kμ（酸性蛋白） ④ 最适条件：多数最适PH＜7.0，最适反应温度45℃－75 ℃之间。多数内切木聚糖酶能够水解聚合度值＞2的寡聚木聚糖 ⑤ 影响因素：主链上的取代基团对酶解有促进或抑制作用 （2） β－木糖苷酶 ①有多种形式存在：单聚体、二聚体或四聚体 ②在细菌和酵母中， β－木糖苷酶主要存在于细胞内。 ③作用于寡聚木糖，属外切酶，主要水解短链的低聚木糖或木二糖，并从非还原性末端释放出木糖 ④最佳底物：二聚木糖 ⑤ β－木糖苷酶是一个多功能酶 （3） α－ L－呋喃型阿拉伯糖苷酶 ①存在形式多样：单体、二聚体、四聚体、六聚体、八聚 体等形式存在。 ②分为两种类型： （5）乙酰木聚糖酯酶 ①作用位点：木糖残基C2 C3 位上的乙酰取代基因 ②酶Ⅰ在细胞外作用于木聚糖上的乙酰取代基团； 酶Ⅱ在细胞内作用于寡聚木聚糖上的乙酰取代基团 ③作用：消除乙酰基团对内切木聚糖酶作用的空间的