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来自Thielavia terrestris的GH74与商品化纤维素酶对木质纤维的协同降解研究
摘要
众所周知，农业的边角料和植物的废弃物是地球上分布最广、储量最丰富的可再生资源，比如谷壳、甘蔗渣玉米芯、玉米秸秆、稻草秸秆、等，它们的主要组成成分是木质纤维素。木质纤维素在地球上广泛分布，它不仅是生物能源的主要原料而且对环境污染小，所以近些年来对木质素的研究利用是很多国家的研究热点。但是木质素的结构十分复杂，很难对它进行降解利用，酶解法是降解木质纤维素的主要方法之一，由于纤维素的酶水解效率底，因此研究复合酶之间的协同作用对于提高木质素的降解效率有重大意义。来自Thielavia terrestris的GH74的木葡聚糖酶是木葡聚糖特异性内切beta;-1,4-葡聚糖酶，作用于木葡聚糖内部，随机水解木葡聚糖主链上连接葡萄糖残基之间的beta;-1,4糖苷键，产生短的木葡聚糖链。它与商业纤维素酶发生协同作用，能提高木质纤维素的降解效率。
关键字：木质纤维素、Tt、GH74、协同降解
1、绪论
1．1木质纤维素的组成和结构
木质纤维素是由木质素、纤维素和半纤维素组成的，它是植物细胞壁的主要成分，木质纤维素的主要来源是秸秆和纸浆废料，前者是农业残料，后者是工业废料，我国每年都会有很多木质纤维素产出，如果不加以利用可能会对环境造成影响。纤维素是由葡萄糖单元经 beta;-1,4-糖苷键连接起来的同源多糖长链。最小的重复单位是纤维二糖。纤维素高级结构中，规则排列的糖链间易形成氢键，从
而形成结构严谨、致密的微晶结构。【1】纤维素在植物细胞壁中占30%到40%，是植物细胞壁含量最多的成分，是构成植物细胞壁的骨架。半纤维素，不像纤维素那样由单一的葡萄糖构成直链的结构，它是由很多不同种类的糖构成的共聚物，半纤维素不单有主链结构，也存在支链结构。此外，半纤维素是由几种不同类型的单糖构成，分别有半乳糖、葡萄糖、甘露糖、木糖和阿伯糖等。[2]依照构成半纤维素的主链不同，可将半纤维素分为：聚木糖类半纤维素，聚甘露糖类半纤维素以及其它类半纤维素。【3】半纤维素占植物细胞壁的25%到35%。木质素是苯丙烷类聚合物，在细胞质中，以苯丙氨酸为起始物，经一系列酶催化，生成木质素单体的共有结构肉桂酸，再衍生为 H 单体（rho;-羟基苯，rho;-hydroxyphenyl），通过对苯环进行单或双甲氧基修饰，衍生出 S 单体（紫丁香基丙烷，syringyl）、G 单体（愈创木基丙烷，guaiacyl）。木质素单体经过氧化酶和漆酶催化的聚合反应，使酯键或醚键连接，构成网状高分子。木质素主要存在于次生壁中，特别是厚壁细胞（sclerenchyma cell）、木质导管（xylem vessel），在导管中呈现不均匀沉积，形成环状、螺旋状或孔眼状的排列。木质素在木材中，含量约占干物重的 20%-35%，近年发现，在生长的组织中也存在少量的木质素（Ivakov and Persson 2012）。不同物种中，木质素的单体比例不同，一般来说，裸子植物中以 G 单体为主；双子叶植物主要含 S 和 G 单体，且以 G 单体为主；禾本科植物含有 S、G、H 三种单体（Boerjan et al 2003; 黄成和李来庚 2016）。木质素含量、单体含量及比例对生物质降解效率均有影响，但在不同植物中表现不一（Wang et al 2016）。【4】纤维素、半纤维素和木质素在植物中并不是简单的排列而已，它们之间结构复杂，纤维素外面包裹着半纤维素和木质素，纤维素和半纤维素之间通过非共价键连接，半纤维素和木质素通过共价键连接。它们形成了密致复杂的网状结构，因此很难对木质素进行降解。
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