裂解多糖单加氧酶的高效催化研究进展
摘要 裂解多糖单加氧酶(lytic polysaccharide monooxygenases， LPMOs)是一类新发现的铜离子依赖酶，通过利用分子氧和电子供体机制催化不溶性多糖的氧化裂解。该酶的催化过程相对纤维二糖脱氢酶（CDH）更加复杂，同时可以与纤维素酶协同作用促进木质纤维水解糖化。在木质纤维降解酶系中加入LPMOs能显著提高其对结晶纤维素的转化效率，解决纤维素酶催化效率不理想，降低纤维素预处理的复杂等程度。因此LPMOs相关研究的深入开展可以拓展人们对其高效降解机制的认识。本文综述了由纤维二糖和裂解多糖单加氧酶的一些研究进展。
关键词：纤维素酶，结合结构域，裂解多糖单加氧酶，模块化结构，电子供体
木质纤维素主要由纤维素，半纤维素和木质素三部分组成。其中，纤维素约占40%~50%[1]，由葡萄糖分子通过beta;-1，4-糖苷键连接，是地球上最为丰富的生物质多糖。纤维素的降解，需要糖苷水解酶类进行完成，然而纤维素分子链内部及链之间形成了复杂的氢键网络，严重影响了外切纤维素酶的水解速率。纤维素酶需要与底物有更多的可接触面和结合位点，增加纤维素酶的水解产率。人们通过改变纤维素的结晶度，使得纤维素的水解速率被改变[2]。近年来人们发现LPMOs 通过氧化断键在多糖链上形成新的断点，辅助木质纤维素降解酶类对底物进行高效降解，可明显提高生物质的转化效率[3]．
1 纤维素酶
1.1 纤维素酶的结构和功能
在纤维素酶研究的早期，因为难以得到完整的纤维素酶晶体，故在很长一段时间内研究者的研究对象是纤维素酶结构域的拆分[4]。1986年，Tilbeugh将里氏木霉（Trichodermareesei） 的纤维二糖水解酶（CBH I）进行了水解，得到了两个具有独立活性的结构域：一个是具有催化功能的结构域 （CD），另一个是具有纤维素结合功能的结构域（CBD 或者称碳水化合物结合模块CBM），并且两者之间的链接是一段高度糖基化的链接区［5］。
1.1.1催化结构域
CD表现催化活性和对水溶性底物的特异性，尽管不同来源纤维素酶的相对分子质量大小差别很大，但它们催化区大小基本一致[6]。催化结构域的具体催化机制迄今尚未明确，但是近年相关研究已经初步证明CD环基序结构和组合对其功能发挥十分重要。通过对CD环基序结构特定氨基酸残基的性能表征优化，可以确定：特定氨基酸位置在纤维素酶－底物相互作用中有一定的关键作用，以及环基序组合灵活调控对“结构－功能”机制的影响。这些关键残基组成的环有助于底物的进入和产物的释放。
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