红树林土壤宏基因组数据库中新型_Glu 苷酶的挑选及其酶学特征分析.pdfVIP

红树林土壤宏基因组数据库中新型_Glu

苷酶的挑选及其酶学特征分析

第一章前言

1.1β-葡萄糖苷酶研究概况

纤维素是吡喃型D-葡萄糖以β-1,4-

糖苷键连接而成的直链状大分子（如图）。分子式为(C6H10O5)n，不溶于

水和一般有机溶剂。由于β-1,4-

糖苷键的特殊构象可使纤维素分子内部和分子间形成大量的氢键，分子内

氢键赋予分子刚性，而分子间氢键的有序排列可形成纤维素的结晶区。这

也是纤维素不同于其它多糖的重要特性。在天然纤维素中，纤维素分子一

般包埋或嵌合在半纤维素和木质素里形成复杂的网状结构

植物通常含35-

50%的纤维素（按干物质计算），因此纤维素是地球上分布最广、含量最

丰富的可再生资源。我国拥有丰富的生物质资源，每年可利用的生物质原

料资源总量等于11.71亿吨标准煤，如果把每年的秸秆用于开发生物能源

，可相当于8

座三峡水电站所产生的电能。纤维素可广泛应用于生产生物乙醇和其它产

品。因为纤维素含有β-1,4-

糖苷键连接的葡萄糖亚基，所以可水解为可发酵的糖。目前，巴西是世界

上年产燃料酒精最多的国家，其利用甘蔗为原料以及必威体育精装版的一种迪丁尼快

速水解法（DHR法）生产酒精的技术得到了认可。

大多数国家生产燃料酒精多使用粮食作物，如美国，使用玉米生产

燃料酒精。但是使用淀粉质原料不仅成本高而且在全球粮食危机的背景下

不利于长期的发展。燃料酒精作为可再生的能源对缓解能源危机有举足轻

重的作用。作为国家的能源战略选择，世界上许多国家都对其进行了深入

的研究。如果能利用有效的技术对纤维素进行降解，不仅可以降低生物能

源的生产成本而且也降低了对石油等不可再生能源的依赖，是解决全球能

源供给的有效途径。

1.1.2β-葡萄糖苷酶简介

β-

葡萄糖苷酶是纤维素酶的一种,可将纤维二糖和可溶性纤维寡糖水解成葡

萄糖分子及相应的配基。根据其底物特异性可将其分为烃基β-

葡萄糖苷酶和葡萄糖苷酶。根据其基因序列不同又可分为β-

葡萄糖苷酶A和β-

葡萄糖苷酶B。作为纤维素酶组分中不可缺少的一部,β-

葡萄糖苷酶在纤维素的降解中起关键的作用。自从1837年I.Liebig和

Wohler首次在苦杏仁汁中发现β-

葡萄糖苷酶后，研究者们已经先后在细菌、真菌、霉菌、酵母和植物等中

发现此酶，目前研究比较多的是真菌产生的β-

葡萄糖苷酶，而应用最广泛的纤维素酶生产菌株大多数是里氏木霉（Tric

hoderma

reesei）的优良突变株。这些菌株在利用纤维素的过程中容易造成纤维二

糖的积累形成反馈抑制，不利于纤维素的降解，因此提高纤维素酶体系中

β-葡萄糖苷酶的活力是提高纤维素水解效率和葡萄糖产量的关键措施。

1.1.3β-葡萄糖苷酶的应用

1.1.3.1β-葡萄糖苷酶在食品工业上的应用

β-

葡萄糖苷酶作为食品风味剂，可与阿拉伯糖苷酶、鼠李糖苷酶等风味酶协

同作用，促进挥发性糖苷配基的释放从而起增香作用。研究发现黑曲霉

β-

葡萄糖苷酶对茶汁、苹果汁等有良好的增香效果，经酶处理后的果汁香气

更饱满，口感更醇厚。陶平等研究发现，作为脱苦剂，β-

葡萄糖苷酶可以分解青梅中的苦杏仁苷，从而减少青梅的苦味，因此它常

作为青梅，橄榄等的脱苦剂。另外，β-

葡萄糖苷酶可用于生产低聚龙胆糖，可预防食品中淀粉的老化和保持食品

中的水分。

第二章红树林土壤宏基因组文库的构建及β-

葡萄糖苷酶基因的筛选

2.1引言

纤维素是世界上公认的地球上含量最高的可再生能源生产原料,β-

葡萄糖苷酶在纤维素的降解中起重要的作用，β-

葡萄糖苷酶可降解纤维二糖和寡糖为葡萄糖，其活性的高低直接影响纤维

素的降解效率。该酶在农业，食品，造纸，能源等行业有着巨大的应用前

景。自1837年，Wohler和Liebig首次在苦杏仁汁中发现β-

葡萄糖苷酶以来，先后在植物，微生物，动物中发现了该酶，虽然该酶的

来源比较广泛，但目前仍存在菌株产酶活力低，成本高，大规模的工业化

生产和应用受到限制等问题。宏基因组技术克服了传统微生物培养的瓶颈

，直接以环境中的微生物群落基因组为研究对象从分子水平上对微生物的

基因片段进行研究，在获取新的具有特殊功能的生物活性物质方面应用前

景广阔。红树林中种类众多的未培养微生物中蕴藏着丰富的β-

葡萄糖苷酶资源，因此