纤维素酶的组分

更新于 2026年10月10日 版权声明
1.纤维素酶的组分

纤维素酶发现至今已有60余年的历史,但是,纤维素酶从化学上加以研究,只是近十多年来,由于应用了葡聚糖凝胶、离子交换树脂、电泳和等电聚焦等现代酶分离技术,得到高度纯化的酶制品后,才有可能。在纤维素酶发现后的四十多年中,大量的工作是关于纤维素酶的生物来源和对底物作用的研究。到20世纪50年代早期,Reese等提出了纤维素酶C1-Cx的概念[18],即天然(结晶)纤维素先经C1酶作用变成直链纤维素,再经Cx酶作用变成纤维二糖,最后在β-葡萄糖苷酶作用下,形成葡萄糖。虽然,这个假设曾受到不少作者的支持,还有人提出氢键酶、膨胀因子等等假设,但由于用于研究的纤维分解菌不分泌C1酶,故1950—1964年均集中于Cx酶的研究。1964—1965年开始,由于以绿色水霉和康氏木霉为材料,采用了高分辨力的酶分离技术,真正分离到Cl酶,从此,对纤维素酶的研究有了迅猛的发展,使我们对Cl酶的木质以与Cx酶作用的关系,开始有了一些初步的了解。

据King报道(1965),绿色木霉分解纤维素需要四个酶:C1、内切-葡聚糖酶、外切-葡聚糖酶和乙酶(一种热稳定的葡聚糖酶[19]。

Selby等(1967)根据Reese的假设,分离C1组分,将康氏木霉的纤维素酶分成三种:C1、Cx和纤维二糖酶[20]。C1酶得到提纯,C1和Cx间有使棉花溶解的协同效应。当康氏术霉和绳状青霉的C1和Cx酶交互重组时,同样获得协同效应。

Wood(1969,1972)在链霉中也将纤维素酶分成三种:C1、Cx和β-葡萄糖苷酶,同时将Selby的C1酶进一步用等电聚焦电泳纯化[21]。当它同Cx一起时可溶解脱脂棉。它不能显著作用CMC或结晶纤维素,但能单独作用磷酸膨胀的纤维素,除了生成少量的葡萄糖外,只生成纤维二糖。这个C1组分是从非还元端的末端逐个切下纤维二糖。Wood认为C1酶是一种特殊类型的水解酶,称它为β1,4-葡聚糖纤维二糖水解酶。Selby和Wood都主张,木霉纤维素酶组分为二种:内切型和外切型(相当于Cx酶和C1酶)

与此同时,日本西泽俊一等[22]和瑞典的Pettersson等[23(]1972—1974),以绿色木霉纤维素酶制剂Onozuka为材料,得到高度纯化的微晶纤维素酶(分解微晶纤维素产生纤维二糖)和CMC酶(随机作用CMC,使黏度低),二者也有协同作用,分别相当于Wood的外切-纤维素酶和内切纤维素酶。

中国科学院微生物研究所纤维素酶组(1976)在绿色木霉X2-85的麸曲提取液中分离得到纯化的C1酶[24],用聚丙烯酰胺凝胶电泳和超离心鉴定,都为均一蛋白,它对CMC、β-葡萄糖苷和纤维二糖都不表现活性,但能分解微晶纤维素、磷酸膨胀纤维素和脱酯棉,主要产物是纤维二糖。看来,也是支持Wood的C1酶是葡聚糖-纤维二糖水解酶的观点,并发现C1酶似乎有聚集作用,推测聚合作用与巯基有关。(https://www.daowen.com)

我组在拟康氏木霉的培养滤液中也分离到C1、Cx和β-葡萄糖苷酶的活性,相互有协同作用(未发表)。

所以,现在一般趋向认为纤维素酶至少由以下成分组成(1975)[4]:

(1)内切-β1,4葡聚糖酶(老的Cx酶)(E.C.3.2.1.4):它有作用随机度不同的好几个成分,其中之一也许首先作用于“结晶”纤维素。已经确定比活性>60单位/毫克(底物为CMC,SOT),测定方法是CMC黏度下降。

(2)外切-β1葡聚糖酶,又分为①β1,4葡聚糖葡萄水解酶:是从纤维素酶链的非还元端逐个切下单个葡萄糖分子。鉴定方法是以CMC为底物测定形成的葡萄糖;②β1,4葡萄糖纤维二糖水解酶(CBH)(即老的C1酶):它从纤维素酶的非还原端,逐个切下纤维二糖。对纤维素的亲和力很大。以磷酸膨胀纤维素为底物,测定形成的纤维二糖。比活力是毫克。

(3)β-葡萄糖苷酶(纤维二糖酶)(E.C.3.2.1.21):作用于纤维二糖的比活力是70单位/毫克。

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