天然纤维素超微结构层次及不同内切纤维素酶降解特异性的研究

发布时间：2017-12-13 21:30

  本文关键词：天然纤维素超微结构层次及不同内切纤维素酶降解特异性的研究

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【摘要】：植物生物质作为地球上最丰富的可再生资源之一,实现它的快速降解转化,对于保证地球碳素的正常循环至关重要。植物生物质主要由木素、半纤维素、纤维素、果胶、植物糖蛋白等多种化合物构成,其中结晶纤维素形成细胞壁的骨架结构。为了加速植物生物质的有效利用,必须充分了解天然纤维素抗降解屏障的结构层次;抗降解屏障是如何影响物化、生物等处理过程;微生物分泌的多种纤维素酶系在天然纤维素降解中的功能。本文借助超微分析可视化手段,从生物大分子结构层次探究了不同纤维素处理方式的降解效率及其对底物结构的影响;结合生物信息学方法,分析了 T.reeseI三种主要内切纤维素酶降解天然纤维素的主要过程。本文主要内容及研究结果如下:(1)天然纤维素抗降解屏障结构层次探究表明结晶纤维素的降解是由表及里的非均相过程,微纤丝聚集结构层次的破坏是结晶纤维素降解的关键步骤采用稀盐酸、T.reesei胞外游离酶系、C.thermocellum LQR1三种常用的纤维素降解方法对CF11棉花纤维进行降解,超微结构显示CF11底物表面微纤丝结构被破坏,内部微纤丝聚集紧密。稀盐酸降解后微纤丝内部聚集出现较明显变化,即微纤丝束间出现间隙;酶解和菌解微纤丝内部完整,但经过菌解后底物纤维直径大幅减小。再次利用纤维素酶/菌降解上述预处理底物,发现稀盐酸预处理底物的酶解转化率提高,暗示稀盐酸预处理破坏纤维素四级聚集结构,打开了酶分子进入内部的降解通道;C.thermocellum LQR1再水解四种处理底物的转化率仍保持80%左右,各处理底物再水解转化率没有显著差异,推测C.thermocellum LQR1能够直接降解天然纤维素的微纤丝,预处理技术可以省略,但是适当的纤维素酶预处理可以进一步提高纤维素降解菌的降解效率。(2)T.reesei三种主要EGs所在GH家族活性架构、异源表达EGs理化性质及协同性分析利用大肠杆菌异源表达系统表达T.reesei三种主要内切纤维素酶EG Ⅰ、EGⅡ、EGⅢ,对其生物学性质包括内切纤维素酶活性、最适反应条件等进行了测定,结果显示异源表达得到的内切纤维素酶理化性质、生物学活性与野生型内切纤维素酶基本一致。利用生物信息学手段对比分析了三种内切纤维素酶所在GH家族活性架构关键AA种类、数目和保守性,对EGⅠ、EGⅡ、EGⅢ结构差异进行归纳。另外,结合可溶性纤维素底物降解实验发现三种内切纤维素酶能够协同降解可溶性底物,底物结构的变化对不同内切酶降解效率、内切酶协同性产生不同影响,猜测不同内切纤维素酶的活性中心具有适合降解的特定底物扭曲构象,而这些构象存在于天然纤维素中。(3)EGⅠ、EGⅡ、EGⅢ降解纤维素底物特异性的超微结构分析利用异源表达的EGⅠ、EGⅡ、EGⅢ对不溶性天然纤维素进行降解处理,结合超微分析可视化手段观察底物表面结构特征。以CF11为底物时酶解后底物表面出现凸起颗粒,经鉴定是未降解的微纤丝片段。测量发现凸起的长度分布范围在三种内切纤维素酶降解底物中存在特异性,EG Ⅰ产生片段长度最大,EGⅡ、EGⅢ之间没有显著差异。EP-CF11经过降解后表面没有产生明显的谷粒状凸起,而是形成了一些短的微纤丝片段,同样对这些片段长度统计发现结果与CF11作为底物时类似,推测同一来源的纤维素其非晶区和结晶区纤维素具有相同的扭曲构象。另外根据图像分析,EG Ⅰ应该具备较强的结晶纤维素润涨能力
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O636.11;Q55

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3 张玉忠,刘洁,高培基,时东霞,庞世瑾;天然纤维素超显微结构的扫描隧道显微镜研究[J];生物物理学报;1997年03期

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本文编号：1286654