木質(zhì)纖維素的酶水解

1、木質(zhì)纖維素的酶水解Biological conversion of cellulosic biomass to fuels and chemicals offers the high yields to products vital to economic success and the potential for very low costs. Enzymatic hydrolysis that converts lignocellulosic biomass to fermentable sugars may be the most complex step in this process

2、 due to substrate-related and enzyme-related effects and their interactions. Although enzymatic hydrolysis offers the potential for higher yields, higher selectivity, lower energy costs and milder operating conditions than chemical processes, the mechanism of enzymatic hydrolysis and the relationshi

3、p between the substrate structure and function of various glycosyl hydrolase components is not well understood. Consequently, limited success has been realized in maximizing sugar yields at very low cost. This review highlights literature on the impact of key substrate and enzyme features that influ

4、ence performance, to better understand fundamental strategies to advance enzymatic hydrolysis of cellulosic biomass for biological conversion to fuels and chemicals. Topics are summarized from a practical point of view including characteristics of cellulose (e.g., crystallinity, degree of polymeriza

5、tion and accessible surface area) and soluble and insoluble biomass components (e.g., oligomeric xylan and lignin) released in pretreatment, and their effects on the effectiveness of enzymatic hydrolysis. We further discuss the diversity, stability and activity of individual enzymes and their synerg

6、istic effects in deconstructing complex lignocellulosic biomass. Advanced technologies to discover and characterize novel enzymes and to improve enzyme characteristics by mutagenesis, post-translational modification and over-expression of selected enzymes and modifications in lignocellulosic biomass

7、 are also discussed.基于酶水解技術(shù)基礎(chǔ)上的纖維素乙醇生產(chǎn)技術(shù)是20世紀(jì)80年代生物質(zhì)技術(shù) 的主要研究領(lǐng)域，自從20世紀(jì)70年代“能源危機(jī)”之后，美國能源部一直積極支 持規(guī)模以上乙醇生產(chǎn)，并建立獨(dú)立部門用于管理和支持這項(xiàng)工作。雖然通過纖維 素酶水解纖維素生物質(zhì)產(chǎn)生的生物燃料和化學(xué)產(chǎn)品提供了更高的收益率，較高的 選擇性，降低能源成本以及相對化學(xué)過程更溫和的操作條件等，但是這種技術(shù)在 那個(gè)時(shí)代依然被判定為高風(fēng)險(xiǎn)行業(yè)1。然而新興生物技術(shù)為纖維素乙醇生產(chǎn)成 本降低并使其更具有競爭性提供了重要的保證。改進(jìn)的稀酸預(yù)處理方法和二戰(zhàn)時(shí) 期發(fā)現(xiàn)的纖維素酶生產(chǎn)菌Trichoderma reese

8、i是20世紀(jì)80年代纖維素乙醇?xì)v史 性成本降低的主要原因2-4。Rutgers University通過經(jīng)典突變技術(shù)和菌種選育獲 得了來源于野生型T. reesei QM9414的著名纖維素生產(chǎn)菌株Trichoderma reesei Rut305。杰能科公司的纖維素酶150 L非常高效是因?yàn)?葡萄糖苷酶的水平大 幅提高6, 501。最近宣布糖苷水解酶成本顯著改善多達(dá)20至307,8。值得注意的是自然環(huán)境中大多數(shù)的細(xì)菌和真菌具有生產(chǎn)生物質(zhì)水解酶的能 力。纖維素相關(guān)微生物進(jìn)化形成了具有完全降解能力的微生物個(gè)體以及作為某些 微生物群落中生物質(zhì)水解反應(yīng)鏈中某一環(huán)節(jié)的微生物個(gè)體。通過這些微生物分泌 的

9、纖維素酶被分類為糖苷水解酶（GHs），其中也包括某些具有木素修飾能力的 酶。酶和微生物的結(jié)合在不同的生物質(zhì)水解生態(tài)系統(tǒng)中是動(dòng)態(tài)變化的，這依賴于 初始的生物質(zhì)資源和環(huán)境影響因子。通過已有的生物技術(shù)，發(fā)現(xiàn)以及改良新的酶 資源，并使這些酶具有新的特性就具有了更大的潛力，這些特性包括平衡協(xié)同基 礎(chǔ)上更高的特異活性，更好的熱穩(wěn)定性，更好的抗抑制能力以及改進(jìn)的多種組合 （如纖維素酶，半纖維素酶，果膠酶以及蛋白酶）酶活性以獲得低成本前提下的 高產(chǎn)量的復(fù)合糖。不幸的是，纖維素乙醇生產(chǎn)技術(shù)尚未被商業(yè)化的部分原因至少是因?yàn)閺木哂?天然生物結(jié)構(gòu)屏障的纖維素材料中釋放糖具有極大的困難9,10。其結(jié)果是水解 時(shí)需要大量

10、的酶制劑，根據(jù)每g經(jīng)過預(yù)處理的纖維素通常需要使用15 FPU劑量 纖維素酶實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)的糖產(chǎn)量換算，相當(dāng)于制成1L的生物乙醇需要大約30g纖維 素酶。圖1說明了酶蛋白的生產(chǎn)成本（美元/千克酶）和包括所需要所有酶種類 情況下必須用于乙醇的成本關(guān)系（美元/加侖的乙醇），這一數(shù)據(jù)包括不同的酶達(dá) 到同樣乙醇產(chǎn)量所需要的成本（數(shù)據(jù)來源于國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室報(bào)告的數(shù)據(jù)） 11。因此，為了實(shí)現(xiàn)預(yù)期的生物乙醇成本目標(biāo)（$0.10/加侖或更低），美國能源 部計(jì)劃將酶的成本控制在低于$ 2/kg，并大幅削減產(chǎn)量高所需的酶負(fù)荷即提高酶 的效率或者兩種戰(zhàn)略并行實(shí)施12-14。此外，酶水解機(jī)制以及限制水解效率的因 素還不清

11、楚，這也使許多的商業(yè)應(yīng)用因此受到了一定的限制15。提高對生物 質(zhì)及其水解酶的結(jié)構(gòu)和功能的認(rèn)識將對確定影響木質(zhì)纖維素生物質(zhì)轉(zhuǎn)化和生物 預(yù)處理，水解以及酶對生物質(zhì)轉(zhuǎn)化中的作用以及制定適當(dāng)?shù)牟呗砸詫?shí)現(xiàn)高糖得率 和低酶用量起到重要的作用。Cost of protein, US$ per kg of proteinFigure 1* Cost of cellulase forethanol production versus cost of protein at different lodding thdt all achitjvtj 由日 samt? ethanol yieldData fromO匚星

12、苞oU 口-%wdsn05 號 E -01500酶的水解效率是由纖維素的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和酶作用機(jī)制決定的。雖然過去的幾十 年里通過大量的研究，在酶的結(jié)構(gòu)，酶分子性質(zhì)以及纖維素超微結(jié)構(gòu)等方面掌握 了一些細(xì)節(jié)的知識，但是由于纖維素底物結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性以及酶組分的多樣性，纖 維素底物的水解機(jī)制至今仍然未被完全了解。因此，本文著重對目前預(yù)處理生物 質(zhì)的特性以及影響糖釋放的糖苷水解酶的主要特點(diǎn)進(jìn)行綜述，并建議進(jìn)一步推進(jìn) 如基因組學(xué)，蛋白質(zhì)組學(xué)和顯微技術(shù)等新興技術(shù)對生物質(zhì)轉(zhuǎn)化的研究。底物相關(guān)因素這一節(jié)的目標(biāo)是對新近獲得的對生物質(zhì)結(jié)構(gòu)性質(zhì)和相關(guān)酶的特征的研究進(jìn) 展進(jìn)行綜述，同時(shí)提供通過改善底物結(jié)構(gòu)影響酶水解的研究視角

13、。生物質(zhì)具有許 多妨礙自身被酶解的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。大多數(shù)的生物聚合物，包括纖維素，半纖維素和 木質(zhì)素在細(xì)胞壁中不是孤立存在的，它們之間形成緊密的相互聯(lián)系16。木質(zhì)素 和碳水化合物（如纖維素和半纖維素）形成木質(zhì)素-碳水化合物復(fù)合體17。最近 的研究顯示在草本植物中，聚糖-木質(zhì)素交聯(lián)通過阿魏酸連接到阿拉伯木聚糖上。 阿魏酸修飾的半纖維素為木質(zhì)素的增加提供了使木質(zhì)素錨定在植物細(xì)胞壁多糖 上的結(jié)合位點(diǎn)，這樣的結(jié)構(gòu)可能使植物細(xì)胞壁具有屏障作用18 20。木質(zhì)素這 種結(jié)合在纖維素纖維上形成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)降低了酶接觸纖維素的可能性21，但是 這種結(jié)構(gòu)至今還沒有被清楚地認(rèn)識。為了完全的降解這種植物細(xì)胞壁中的異質(zhì)性 結(jié)構(gòu)

14、需要多種酶的協(xié)同作用，包括纖維素酶，半纖維素酶，輔助酶以及木質(zhì)素修 飾酶。我們目前的知識結(jié)構(gòu)不足以使我們理解整個(gè)纖維素生物質(zhì)酶水解的過程， 目前獲得的大多數(shù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果都是來自于：純酶組分作用于純底物或者復(fù)合酶組分 作用于熱化學(xué)預(yù)處理的生物質(zhì)。纖維素的特點(diǎn)酶水解纖維素的主要商業(yè)用途是水解纖維素和其他聚糖類物質(zhì)并產(chǎn)生可發(fā) 酵糖，這些可發(fā)酵糖包括葡萄糖和/或寡糖，這些水解產(chǎn)物可以通過進(jìn)一步的生 物或化學(xué)方法轉(zhuǎn)換成有價(jià)值的產(chǎn)品。雖然由于其他物質(zhì)以及經(jīng)預(yù)處理后的纖維素 衍生物的出現(xiàn)（例如半纖維素和木質(zhì)素）使纖維素酶水解過程變得更加復(fù)雜，但 是了解纖維素本身的主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)對酶水解速度和效益的影響仍然是必須的

15、。由于極小的尺寸，以及與其他基質(zhì)聚合物（主要是半纖維素和木質(zhì)素）形成 的緊密交聯(lián)，要準(zhǔn)確的描繪植物細(xì)胞壁中纖維素的結(jié)構(gòu)是十分困難的。纖維素可 以被視為建立在納米層次上的微纖維復(fù)合材料。利用先進(jìn)的成像技術(shù)如原子力顯 微鏡（AFM）可以完成天然狀態(tài)下對纖維素精確的測量和詳細(xì)的表面結(jié)構(gòu)研究。 基于原子力顯微鏡技術(shù)對植物細(xì)胞壁22-24的研究顯示，微纖絲的直徑約為 3-5nm，根據(jù)推測的含有36個(gè)纖維素合成酶的纖維素酶復(fù)合體（玫瑰花樣），微 纖絲含有36根鏈（CEF）。從AFM成像中發(fā)現(xiàn)一個(gè)有趣的現(xiàn)象是大原纖維僅存 在于初生細(xì)胞壁的最外層。大原纖維由一束微纖絲組成，在這束微纖絲末端出現(xiàn) 分裂并形成更小

16、的微纖絲束直到最終的單根微纖絲。每根在成熟初生細(xì)胞壁中觀 測到的微纖絲包含一根鏈，在這根鏈外層還交聯(lián)結(jié)合了一些半纖維素25,26。玉 米細(xì)胞壁的新鮮細(xì)胞的原子力顯微鏡圖像進(jìn)一步證實(shí)了這一觀察27。圖2顯示 了植物細(xì)胞壁的合成原理模型。Microfibril is a cellulose elementary fibril surrounded by hemicellulosesMatrix polysaccharides are associated to the surface of cellulose elementary fibrilMacrofibril splitting and h

17、emicelluloses coatingp-1,4-glucan chains emerging from rosettesArrayed rosettesMatrix polymers are synthesized by Golgi apparatus and secreted to cell wallCell wallRibbon-like macrofibril is synthesized by arrayed rosettesVesiclesGolgi apparatusMicrotubuleMicrofibriliMacrofibril36-chain nascent elem

18、entary fibrilCellulose synthase complex (rosette)Plasma membraneFigure 2. Model of plant cell wall cellulose elementary fibril and its synthesis. The dimensions of cellulose elementary fibril are estimated as 3 x 5.5 nm.Adapted with permission from 29.在這個(gè)模型中，至少需要3種纖維素合成酶（CESA亞基，A1, A2和B）通過自發(fā)的形成6X6CE

19、SA酶才能完成28。每個(gè)酶復(fù)合體合成36根CEF?；?纖維素I痿吉構(gòu)估測的CEF束的尺度為3 X 5.5 nm，并且這一數(shù)值與AFM實(shí)測值 相同。一定數(shù)目的CEFs形成束并稱為微纖絲。其他胞壁聚合物的沉積，主要是 半纖維素，在細(xì)胞生長過程中完成，這種沉積作用導(dǎo)致大原纖維分裂形成含有表 面半纖維素的微纖絲25,26。纖維素酶測定使用的底物要是純纖維素（如Avicel或者Sigmacell），當(dāng)然這 種純纖維素不可避免的含有少量其他的聚糖，主要包括半纖維素。無論纖維素制 備過程中其自身來源和純化方法如何要求，純纖維素的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)都隨著結(jié)品度， 聚合度以及表面結(jié)構(gòu)發(fā)生變化這可能會(huì)顯著影響酶水解。結(jié)晶

20、度純凈的纖維素是由納米級別的微纖絲組成的毫米級別大小的顆粒（圖2）。 一般認(rèn)為纖維素顆粒由結(jié)品區(qū)，半結(jié)品區(qū)（無序）和無定形區(qū)組成。歷史上，一 些報(bào)道證實(shí)無定形纖維素能夠迅速被纖維素酶降解形成。ellobiose，而結(jié)品區(qū)纖維 素水解過程要慢得多。因此一些學(xué)者提出纖維素水解速率取決于纖維素的結(jié)品程 度29-32。雖然某些研究證明隨著結(jié)品度的增加水解速率下降33-35，而同時(shí) 其他人卻發(fā)現(xiàn)了相反的效果36-38。根據(jù)預(yù)測，結(jié)品纖維素水解導(dǎo)致更多半結(jié)品 區(qū)和無定形纖維素去除38-40的結(jié)果，從而使結(jié)品度增加。但是在某些研究中纖 維素水解過程中結(jié)晶度沒有顯著的變化41,42。一些報(bào)道認(rèn)為纖維素的結(jié)品度

21、不 影響水解的效率37,43-49。另據(jù)報(bào)道纖維素的結(jié)品度也影響到酶的吸附作用，這一結(jié)果將影響水解速率 和可發(fā)酵糖產(chǎn)率。增加的水解速率和產(chǎn)率（100倍）被證明是與較高的無定形 區(qū)比例相關(guān)的35,39,50-55。許多實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示酶的吸附作用，包括整個(gè)糖苷水 解酶系統(tǒng)，纖維素結(jié)合結(jié)構(gòu)域（CBM）以及單一的酶組分都隨著纖維素結(jié)品度 的提高而下降。最近，Joeh和同事發(fā)現(xiàn)結(jié)晶度極大地影響了 Cel7A（CBHI）吸 附，導(dǎo)致水解程度的下降55。Hall和同事發(fā)現(xiàn)初始酶水解率隨結(jié)晶度下降而上 升，而吸附酶濃度保持恒定42。此外，不同纖維素酶組分已被證明有不同的吸 附電能力和纖維素酶活性50,51。纖維

22、素內(nèi)切酶（EGI）是一種用于進(jìn)攻并優(yōu)先 吸附在無定形區(qū)纖維素的酶，似乎具有相同的吸附能力，并且在兩類纖維素的研 究中活性大大高于CBHI。類似的模式在丁，徐56的研究中也存在。此外，Banka 和Mishra發(fā)現(xiàn)在瑞氏木霉中結(jié)品度上升將導(dǎo)致一種非水解蛋白質(zhì)的結(jié)合能力提 高，這種蛋白質(zhì)命名為纖維形成蛋白57。這樣的結(jié)果表明纖維素的結(jié)品度對非 水解酶組分具有重要影響，它可以有效的影響纖維素酶水解。纖維素結(jié)品度不僅僅影響纖維素酶的吸附，同時(shí)還影響了纖維素酶組分的吸 附效率。文獻(xiàn)報(bào)道纖維素的結(jié)品度影響了纖維素酶的協(xié)同42,51,58 66。Hoshino 等發(fā)現(xiàn)瑞氏木霉中EGII和CBH1之間協(xié)同作用

23、將隨著結(jié)品度的上升而增加，最 高的協(xié)同作用出現(xiàn)在結(jié)品度達(dá)到約1.0時(shí)。在另外一項(xiàng)研究中，Igarashi和同事 發(fā)現(xiàn)天然結(jié)晶纖維素聚合區(qū)影響CBHI的水解能力67-69。另外Mizutani70和 Gama以及Mota 71展示表面活性劑對純纖維素糖化過程的增加是通過影響結(jié) 晶度實(shí)現(xiàn)的。一些研究針對纖維素酶水解過程和結(jié)晶度之間的關(guān)系開展。瑞氏木霉酶系中的主要酶CBHI的酶解過程受到結(jié)晶度的影響。通過對纖維二糖和葡萄糖比例關(guān) 系間接反應(yīng)的酶解過程的粗略估計(jì)發(fā)現(xiàn)，細(xì)菌纖維素和無定性纖維素分別有23 和14個(gè)纖維二糖單元形成72。在另一項(xiàng)研究中，CBHI from T. rees酶解過程 分別是88

24、 10, 42 + 10 and 34 + 2.0二糖單元分別對應(yīng)于細(xì)菌纖維素（CrI88）， BMCC（CrI92）以及內(nèi)切酶處理過的纖維素（unknown CrI）73。目前還需要更多 的證據(jù)證明結(jié)晶度對酶水解過程和酶效率的影響。聚合度一些研究和文獻(xiàn)討論在不溶性和可溶性纖維素中改變DP后，底物被一套完 整的纖維素酶或純化的酶組分水解的影響43,44,51,52,74-80。然而，對纖維素鏈 長度對水解過程的影響了解仍然有限。Sinistyn等研究表明通過G -輻照降低棉 絨聚合度的同時(shí)保持結(jié)品度不變時(shí)對水解速率的影響可以忽略不計(jì)35。Zhang and Lynd 81的動(dòng)力學(xué)研究發(fā)現(xiàn)降低聚

25、合度導(dǎo)致的水解速率的提高要大大小于 增加P糖苷鍵可及度所產(chǎn)生的水解速率提高的效果。在不溶性纖維素中Nidetzky 等82發(fā)現(xiàn)隨著聚合度的提高纖維寡糖被CBH1水解的初始速率逐漸提高，到纖 維六糖之后基本保持不變82。類似的報(bào)道在CBHII和EGI作用于纖維糊精時(shí)也 被發(fā)現(xiàn)51。此外據(jù)報(bào)道。-葡萄糖苷酶的活性會(huì)隨著DP降低而減少83,84。然 而并沒有可靠的結(jié)果證明不溶性底物聚合度在纖維素酶催化效率方面的影響，除 了較高的DP可能會(huì)導(dǎo)致更高CBHI和EGI 65,81,85,86之間的協(xié)同作用之外。 此外，纖維素的聚合度可能影響了酶水解進(jìn)程的反應(yīng)數(shù)，在短鏈上的全過程的 CBHI水解可能是不準(zhǔn)確

26、的61。目前僅僅獲得極少的數(shù)據(jù)證明聚合度影響了纖 維素酶的吸附。Kaplan等證明隨著某些開環(huán)棉花纖維素DP降低而導(dǎo)致的減少水 解會(huì)使纖維素酶的吸附顯著下降，然而這一過程中結(jié)晶度沒有受到影響87。考 慮到CBHI在全酶系中占有的巨大比例（65%）以及它的偏好性82,88-91可以 快速得出結(jié)論DP的降低快速提高水解速率的原因是產(chǎn)生大量可供CBHI結(jié)合的 末端，因此提供了一種通過降低DP的方法提高酶水解效率和產(chǎn)率的方法。纖維素酶可接觸的表面纖維素酶接觸纖維素的能力受限于納米層次的纖維素微纖絲結(jié)構(gòu)（圖2）。 纖維素鏈之間的交聯(lián)以及微纖絲被大量的基質(zhì)多糖和木質(zhì)素包被的結(jié)構(gòu)賦予天 然細(xì)胞壁額外的結(jié)構(gòu)抗

27、性，然而同時(shí)也使纖維素酶的降解變得更加復(fù)雜92。雖 然在纖維素純化和制備中結(jié)構(gòu)經(jīng)過大量修飾，但是細(xì)胞壁微纖絲的直徑仍然保持 在3-5納米的水平上，與初始狀態(tài)相同，但是這些微纖絲的長度被降低到幾百納 米（圖2）。纖維素酶的可及度受到兩個(gè)因素控制和影響，首先是纖維素酶可以 接觸到的微品纖維素的表面，也就是CBHI的碳水化合物結(jié)合模塊只能夠接觸到 具有親水特性的纖維素面93-95。第二個(gè)限制因素是植物細(xì)胞壁的解剖結(jié)構(gòu)， 這種結(jié)構(gòu)也可以影響纖維素酶的可及度，尤其是植物細(xì)胞壁中出現(xiàn)的允許纖維素 酶進(jìn)入植物細(xì)胞組織并接觸到微纖絲的那些孔洞。預(yù)處理的重要影響之一就是可 以擴(kuò)大這些孔的尺度并促進(jìn)纖維素酶進(jìn)入生

28、物質(zhì)?；诶w維素酶水解反應(yīng)是一種表面反應(yīng)的前提，纖維素酶可攻擊的纖維素表 面應(yīng)該是對纖維素酶解最有影響的生物質(zhì)結(jié)構(gòu)特性，這一特性會(huì)影響纖維素酶對 纖維素表面的吸附以及隨后的纖維素酶的水解過程16, 96-101。許多論文討論 了在這種背景下可用的孔體積和比表面積51,44?？杉岸纫部梢耘c其他底物結(jié)構(gòu) 因素相聯(lián)系，如纖維素的結(jié)品度和聚合度等。然而一些研究證明孔洞體積 44,101-105和纖維素顆粒大小37,103,106-108也會(huì)影響纖維素水解。盡管如此， 由于一些細(xì)菌纖維素酶如多酶復(fù)合體纖維小體具有100倍于真菌纖維素酶的尺 寸，但卻表現(xiàn)出高于真菌纖維素酶的水解效率，這樣看來微孔的作用就不

29、那么重 要了50，109。此外根據(jù)觀察，纖維素酶組分并沒有滲透到微孔中110，微孔 體積與降解能力并沒有任何關(guān)系111。顆粒大小對纖維素酶吸附112-114和水 解47, 115 的影響極小，但是隨著纖維素片段化的加速伴隨的小顆粒纖維素的 形成的影響則不能排除。相反，它表明較大的顆粒可以抑制有效的水解116。 另一方面，各種。?和結(jié)品度對酶解效率影響的研究表明預(yù)處理底物的酶解效率 不能輕易地根據(jù)DP或結(jié)品度差異來預(yù)測37, 117，這可能是由于真實(shí)纖維素的 底物的結(jié)構(gòu)復(fù)雜性導(dǎo)致的。然而，纖維素酶可及度可以提供一個(gè)有用的視角，并 幫助人們確定預(yù)處理的方法，并通過研究確定并改善預(yù)處理方法。纖維素反

30、應(yīng)以及酶功能的轉(zhuǎn)換全酶法水解實(shí)驗(yàn)中酶的水解效率大大降低，同時(shí)單位數(shù)量的酶在水解過程中 可水解生成的可發(fā)酵多糖的產(chǎn)量也大幅降低，而且長時(shí)間的低效水解不能簡單地 通過產(chǎn)物抑制作用來解釋。這一過程的機(jī)制還不清楚118119。除了酶相關(guān)的因 素，如纖維素酶的熱穩(wěn)定性120-123，產(chǎn)物抑制120,124-128，酶失活 125,129-135，酶降速/停止136外，底物相關(guān)因子包括底物轉(zhuǎn)變成不易被水解 的形式137 以及底物結(jié)構(gòu)的異質(zhì)性137, 138也與這種現(xiàn)象有關(guān)。之前對于反應(yīng) 速率降低的解釋是底物中更易于被水解的部分具有被優(yōu)先利用的可能137，但 是另一方面，一些報(bào)道得出的結(jié)論是底物的反應(yīng)性并不

31、主要由長時(shí)間駐留需要纖 維素良好的轉(zhuǎn)化導(dǎo)致136。Figure 3. Features of solids resulting from interrupted hydrolysis of Avicel cellulose. Crystalknity index by x-ray diffractometer and atomic force microscopy for interrupted hydrolysis samples at 0, L 2r 5 and 15 h.目前通過利用“中斷”和“重新啟動(dòng)”實(shí)驗(yàn)以確定控制纖維素水解的影響因素 136-141。重啟實(shí)驗(yàn)利用蛋白酶移除纖維素酶，

32、之后添加蛋白酶抑制因子用于在 纖維素在初始條件下重新開始水解之前解除蛋白酶活性，通過這種技術(shù)可用于了 解纖維素水解動(dòng)力學(xué)過程中反應(yīng)能力喪失的原因142。吸附于Avicel之上的酶 的水解速率在進(jìn)行這種重啟實(shí)驗(yàn)后保持不變，但是連續(xù)的水解速率下降。因此纖 維素連續(xù)水解過程中水解速率的降低不能歸結(jié)于底物反應(yīng)特性的變化，同時(shí)其他 酶相關(guān)影響，如酶降速是被阻攔或者人為干擾可用于解釋這一現(xiàn)象142, 143。利用這種酶重啟方法，CrI纖維素的纖維素轉(zhuǎn)換在5小時(shí)內(nèi)緩慢增加到80%144。 中斷實(shí)驗(yàn)的AFM成像顯示隨著酶解的進(jìn)行，Avicel的表面變得光滑和平坦（圖 3）。新的“重啟”方法使獲得酶水解過程中酶

33、和纖維素之間的動(dòng)態(tài)相互作用信息變 得更容易。不溶物分布纖維素，半纖維素和木質(zhì)素是植物細(xì)胞壁的主要聚合物，任何影響這些組分 結(jié)構(gòu)的修飾或去除過程都可能會(huì)影響酶的水解效率。然而，實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生了巨大 的差異。Grohmann等人和其他研究者的研究結(jié)果顯示去除半纖維素與纖維素的 葡萄糖產(chǎn)量之間存在直接關(guān)系111,145-150，但其他研究并不支持去除半纖維素 能夠改變纖維素水解速率的結(jié)論151-154。同樣，關(guān)于木質(zhì)素去除能否提高纖維 素水解速率的討論也產(chǎn)生了截然不同的結(jié)果相102,155-157。所有植物細(xì)胞壁結(jié) 構(gòu)及成分在預(yù)處理過程中都會(huì)被不同程度的改變，根據(jù)所使用的技術(shù)和條件，通 過微纖絲改變，

34、移除半纖維素，修飾或者移除木質(zhì)素，或者其他影響底物結(jié)構(gòu)的 因素來推斷這些因素能夠影響酶解效率都是不準(zhǔn)確的。半纖維素半纖維素的去除能夠顯著的提高纖維素的水解速率，這一結(jié)果暗示半纖維素 是阻礙纖維素酶水解的關(guān)鍵屏障157。同時(shí)預(yù)處理過程中的木質(zhì)素改變會(huì)嚴(yán)重 影響半纖維素的作用102, 155, 158, 159。從更實(shí)用的角度出發(fā)，雖然液氨氣 爆過程中可能會(huì)使半纖維素發(fā)生一定的程度的修飾，但是像液氨氣爆（AFEX） 等預(yù)處理過程仍然可以在不去除具有影響作用含量的半纖維素的前提下產(chǎn)生大 量易降解的纖維素160-162。之前的研究極少考慮底物乙酰化程度。在多種類型 的生物質(zhì)中半纖維素都被大范圍的進(jìn)行乙

35、?；揎?，根據(jù)報(bào)道去乙?；瘜⒛軌蚴?纖維素的水解效率提高3倍以上，不同的報(bào)道中對去乙酰化程度影響酶水解速率 的提高存在一定的差異163, 164。一項(xiàng)研究表明當(dāng)去乙酰化程度達(dá)到75%時(shí)， 這種影響似乎就變得不那么重要了，而另一項(xiàng)研究顯示完全移除切除半纖維素將 能夠持續(xù)提高纖維素的水解效率156, 165。Grohmann和同事發(fā)現(xiàn)移除白楊木 和麥秸中的乙酰酯使其的降解效率提高了 5至7倍。Kong等觀察了在保留木質(zhì) 素和聚糖的前提下，白楊木中乙酰去除程度對纖維素消化能力的影響165。 Zhang和Holtzapple應(yīng)用上述類似的方法進(jìn)行研究但結(jié)果表明，去除乙酰鍵對提 高降解效率的影響要小于結(jié)

36、品度和/或木質(zhì)素去除166。此外，Weimer等人的研 究認(rèn)為木聚糖和纖維素的緊密聯(lián)系并不抑制聚糖的生物降解性167。移除半纖 維素的同時(shí)也移除乙?；鶎?huì)改變脫離的木質(zhì)素的形式，這將使確定何種因素影 響了水解能力的提高變得困難。不幸的是，半纖維素的去除或者多糖網(wǎng)絡(luò)的破壞 目前仍被看做是可以增強(qiáng)降解效率的生物質(zhì)預(yù)處理手段，并進(jìn)一步的進(jìn)行著討 論。這些研究使我們相信，即使將纖維素變得完全可及，這些纖維素酶也無法有 效的水解纖維素，除非包括半纖維素和乙?；饔玫膹?fù)雜的生物質(zhì)組分組成的網(wǎng) 絡(luò)被破壞168-170。Jeoh和他的同事通過對熒光標(biāo)記的CBHI分子對纖維素接觸 能力的觀測發(fā)現(xiàn)在去除木聚糖后，

37、這種水解能力有了一定提高55, 171。Pan等 認(rèn)為紙漿中的乙酰基團(tuán)可能會(huì)通過阻礙鍵的形成影響纖維素酶接觸纖維素，這可 能是由于纖維素直徑的增加以及變化的疏水性所致168。然而目前并沒有足夠 的證據(jù)證明通過去除半纖維素和去乙?；軌蛴绊懤w維素酶的吸附。另外最近的 研究結(jié)果表明木寡糖是纖維素酶的強(qiáng)抑制劑，在水解過程中的大量釋放將降低水 解效率，在預(yù)處理中移除它們是十分必要的172, 173。脫乙?；赡軙?huì)間接地 影響纖維素酶水解生物質(zhì)的效率，因?yàn)橐瞥阴；约捌渌〈鶊F(tuán)之后可能會(huì) 提高木聚糖被木聚糖酶水解的效率156,174-178，并導(dǎo)致纖維素的降解效率的提 高179-182。因此雖然木聚

38、糖移除的作用在增加纖維素降解的過程中是模糊的， 但是在經(jīng)濟(jì)效益和技術(shù)原因指導(dǎo)下預(yù)處理中木聚糖的移除仍具有積極的意義，如 回收率提高的木糖生產(chǎn)，降低木寡糖的抑制作用以及在生物質(zhì)生產(chǎn)中減少半纖維 素降解和相關(guān)酶應(yīng)用的過程183，185。木質(zhì)素木質(zhì)素與纖維素結(jié)合在一起，是具有優(yōu)良性能的復(fù)合結(jié)構(gòu)，但同時(shí)也降低了 纖維素酶結(jié)合纖維素的能力21。雖然在木質(zhì)素去除程度上存在差異，但多種報(bào) 道都證實(shí)木質(zhì)素的移除會(huì)顯著提高纖維素的水解44, 102, 157, 186。木質(zhì)素 種紫丁香基以及愈創(chuàng)木基的比例也明顯影響了水解效率187但是木質(zhì)素影響纖 維素水解的重要性仍難以確定。最顯著的閑置之一是木質(zhì)素阻礙纖維素的

39、膨脹以 及阻礙纖維素的可及116, 188, 189。人們一直認(rèn)為在預(yù)處理中半纖維素的去 除過程伴隨著木質(zhì)素的解聚以及重聚過程，毫無疑問在不同的形態(tài)下可能改變木 質(zhì)素對纖維素消化的影響117, 190-192。去除木質(zhì)素不經(jīng)增加了纖維素的可及 度，而且增加了更多的纖維素酶作用157。木質(zhì)素以及它們的衍生物通過價(jià)鍵 沉積并連接到蛋白質(zhì)上16，也有報(bào)道指出木質(zhì)素可以吸附液體中的蛋白質(zhì)193。由此看來木質(zhì)素可能通過物理和化學(xué)手段抵抗纖維素酶對纖維素的攻擊。 木質(zhì)素不僅影響著纖維素酶的吸附，同時(shí)也作為一個(gè)纖維素酶的障礙，限制水解 的作用194。因此，木質(zhì)素去除可能同時(shí)打開更多的空間用于酶和減少酶非特

40、異性吸附在木質(zhì)素上157。低水平的木質(zhì)素已被證明能夠提高纖維素水解，這 是由于物理分離導(dǎo)致微纖絲接觸酶的能力的增強(qiáng)以及提高的酶活性16,55,157。 基因改造的生物生物質(zhì)中的木質(zhì)素修飾將導(dǎo)致糖基化水平的下降，以及可發(fā)酵糖 產(chǎn)量的降低18。我們最近的研究顯示纖維素的酶水解與半纖維素和木質(zhì)素的移除相關(guān)。比 如，經(jīng)過多次CAFI不同處理的玉米秸稈顯示出相同的酶解能力，雖然不同預(yù)處 理技術(shù)會(huì)使半纖維素和木質(zhì)素的去除程度發(fā)生變化21,195。木質(zhì)素在固體底物 表面的重新定位和修飾將導(dǎo)致最終木質(zhì)素的去除程度降低16。雖然某些研究顯 示木質(zhì)素的去除和纖維素水解之間存在明顯的線性關(guān)系，另外的一些研究卻證明

41、移除木質(zhì)素對纖維素的降解并沒有影響196。比如AFEX預(yù)處理固體底物時(shí)， 底物中半纖維素和木質(zhì)素的去除非常有限，要取得與稀酸預(yù)處理的相同結(jié)果所需 要的酶的數(shù)量很少，稀酸處理的底物中幾乎沒有半纖維素殘留，同時(shí)木質(zhì)素幾乎 沒有去除160?？傊举|(zhì)素的去除要比半纖維素的溶解更加重要，而后者可能 更多地為表征去除的木質(zhì)素的含量設(shè)定了一個(gè)參照，并用于提高纖維素的降解194.這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果是我們相信木質(zhì)素的修飾可以明顯的提高纖維素的降解，并且 木質(zhì)素的移除提供了更多的益處157。移除木質(zhì)素會(huì)增加纖維素的可及度，并 降低無關(guān)酶的結(jié)合，因此能夠提高酶水解的結(jié)果16。有趣的是，最近的木質(zhì)素 模塊技術(shù)為打破纖維素-

42、木質(zhì)素-半纖維素的結(jié)構(gòu)提供了新的視角，并且可以完全 釋放易降解的纖維素和半纖維素用于酶水解，而不是通過去除木質(zhì)素及其衍生物 實(shí)現(xiàn)相同的目標(biāo)16, 197。雖然這些研究認(rèn)為木質(zhì)素在纖維素水解過程中的影響是巨大的，但是至今人 們對木質(zhì)素在異質(zhì)化生物質(zhì)的酶水解過程中的作用仍然不清楚。然而，纖維素糖 化過程開始水解之前移除木質(zhì)素在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)角度可能是有益的，因?yàn)槟举|(zhì)素將 導(dǎo)致許多的酶的無效結(jié)合，并抑制發(fā)酵過程50，還可能在更大規(guī)模的固體裝料 時(shí)產(chǎn)生更多的問題198,199。目前并不了解木質(zhì)素的移除或者打亂它與糖的緊密 結(jié)合是必須的。Grabber和他的同事證明抑制真菌水解的過程并不是木質(zhì)素導(dǎo)致 的20

43、0。然而，木質(zhì)素濃度和它與木聚糖通過阿魏酸的鏈接將顯著的影響細(xì)胞 壁的水解201,202。木質(zhì)素濃度在煙草莖細(xì)胞壁降解過程中的負(fù)影響在另一篇報(bào) 道中由Sewalt等完成203。Ooshima和他的同事觀察發(fā)現(xiàn)高溫下稀酸處理將導(dǎo)致木質(zhì)素的收縮和聚集， 并使纖維素酶能夠吸附在纖維素上134。其他的研究也證明了這種木質(zhì)素的溶 解和重新定位204,205。最近的研究中，Selig等解釋了木質(zhì)素液滴在高溫稀酸 或者水處理時(shí)可能僅僅移動(dòng)到表面并阻礙纖維素酶的吸附206。Yuldashev等發(fā) 現(xiàn)棉花莖(cellulose: 44% and lignin: 26.4%)表面的纖維素酶數(shù)量要少于粉碎的棉 花莖

44、(cellulose: 92% and lignin: 0.6%)，出現(xiàn)了一個(gè)明顯的下降；然而，木質(zhì)素并 不能夠使游離的或者結(jié)合的酶失活207。在另一項(xiàng)研究中，Ishiharaand和同事發(fā) 現(xiàn)在蒸汽處理的shirakamba wood中木質(zhì)素降低了酶的吸附但是并沒有影響糖的 轉(zhuǎn)化208。通過氫氧化鈉有限的去除麥稈的木質(zhì)素會(huì)增加纖維素酶的吸附209。 相反的，Mooney研究了在四種不同類型的紙漿中木質(zhì)素含量對纖維素吸附能力 的影響，結(jié)果證明木質(zhì)素的比例并不影響纖維素酶的吸附210。然而，Selig和 同事發(fā)現(xiàn)木質(zhì)素液滴沉積在纖維素上之后會(huì)與水相互作用并形成一層界面，阻礙 纖維素酶的運(yùn)動(dòng)205

45、。同時(shí)，木質(zhì)素與纖維素的連接會(huì)阻礙纖維素酶的運(yùn)動(dòng)。 雖然木質(zhì)素可能降低纖維素水解中具有活性酶的數(shù)量，但是木質(zhì)素對酶吸附的有 效性的影響還需要進(jìn)一步說明。衍生的可溶性物質(zhì)分布的影響人們的關(guān)注焦點(diǎn)是從固體生物質(zhì)中移除半纖維素和木質(zhì)素，這些成分形成了 明顯的物理屏障阻礙纖維素與酶的結(jié)合，但是目前僅有極少的工作在理解可溶性 底物（如糖，寡糖，糖降解產(chǎn)物以及木質(zhì)素衍生物）在預(yù)處理過程中如何釋放以及 它們的酶水解對纖維素的酶水解有何影響。此外，在大多數(shù)研究中，預(yù)處理的固 體纖維素生物質(zhì)被分離并被水洗來獲得預(yù)處理對纖維素降解率的影響評價(jià)。另一 方面，酶水解預(yù)處理的全部底物，包括預(yù)處理剩余的固體和液體（至少是

46、部分固 體）將會(huì)極大的降低成本。即使增加水洗的步驟，可溶性物質(zhì)從預(yù)處理固體中釋 放的濃度在水解時(shí)隨著固體底物濃度的增加而增加。然而，根據(jù)報(bào)道，通過酶水 解形成的纖維素轉(zhuǎn)化量會(huì)在不進(jìn)行水洗時(shí)有所下降211，預(yù)處理水解物被添加 回預(yù)處理固體212或者全部預(yù)處理物（i.e.,預(yù)處理固體和水解物）有利于酶水解 213-217。這些結(jié)果顯示預(yù)處理水解產(chǎn)物對纖維素酶水解有抑制作用。研究表明預(yù)處理水解產(chǎn)物中的部分成分，通常含有木質(zhì)素，來自半纖維素的 低聚糖，糖，以及木質(zhì)素降解產(chǎn)物對纖維素酶以及微生物活動(dòng)具有抑制作用 175,218-221。Kim等發(fā)現(xiàn)氨水循環(huán)處理的玉米秸稈包含有木寡糖，可溶性木質(zhì) 素，糖和

47、木質(zhì)素降解物，并且嚴(yán)重阻礙了纖維素酶和微生物的活性222。然而， 至今為止仍然不知道其中的什么成分影響了酶的水解，或者它們是如何作用的。 最近Kumar和Wyman的工作揭示木寡糖嚴(yán)重的抑制了纖維素酶的作用176，緊 接著的另一項(xiàng)研究顯示木寡糖的抑制作用大大高于葡萄糖和纖維二糖，同時(shí)木寡 糖的鏈長越長其抑制作用越明顯175。這項(xiàng)研究也說明可溶性的木寡糖對纖維 素酶具有強(qiáng)烈的抑制作用并且這種作用那個(gè)隨著濃度的提高而增加175。同時(shí) 研究認(rèn)為來自于木聚糖的可溶性產(chǎn)物，包括木寡糖和木糖強(qiáng)烈抑制了葡聚糖的水 解，并且這種抑制作用高于木聚糖和果膠質(zhì)223。木寡糖強(qiáng)烈的抑制纖維素酶 在Avicel中的吸附

48、（Shi et al Unpublished Data）。其他來自于半纖維素的糖，比如 甘露糖和半乳糖可以抑制纖維素酶和。-葡萄糖苷酶224。另外的研究認(rèn)為預(yù)處理 水解產(chǎn)物中的糖是酶水解的主要抑制劑，而其他可溶成分，包括乙酸，酚類化合 物以及呋喃對纖維素酶水解有輕微的抑制作用225?？扇苄阅举|(zhì)素衍生物不僅能夠影響微生物，而且對包括纖維素酶和。-葡萄糖 苷酶等酶組分也有強(qiáng)烈的影響226-238。Mendels and Reese發(fā)現(xiàn)通過取代酚具有 一定的抑制纖維素酶的作用233。Panagiotou和Olsson試驗(yàn)了多種化合物（包括 呋喃，酚和低分子量的酸），認(rèn)為蟻酸可以使纖維素酶完全失活23

49、9，是最強(qiáng)烈 的抑制劑。由于試驗(yàn)中采用的木質(zhì)素處理物是部分可溶的，因此觀察到的對纖維 素酶的抑制作用可能是由于纖維素酶吸附在部分的木質(zhì)素組分以及溶解的少量 木質(zhì)素上導(dǎo)致226。可溶性的酚類物質(zhì)，包括香蘭素，紫丁香醛，反式苯乙烯 酸以及羥基苯甲酸，都是纖維素水解的抑制劑223。在這項(xiàng)研究中，香草醛對 Spezyme CP和Novozyme 188混合物具有強(qiáng)烈的抑制作用，而羥基苯甲酸對單酶 具有強(qiáng)烈的抑制作用。另一方面，可溶性木質(zhì)素產(chǎn)物（香草醛，紫丁香醛以及4- 羥基苯甲醛）以及羧酸具有較少的纖維素酶抑制作用221。酶相關(guān)的因子酶水解纖維素的典型特征是不溶性底物被可溶性催化劑水解，這一過程不僅

50、僅受不溶性底物結(jié)構(gòu)特征的影響，而且酶的相關(guān)因素，包括酶資源，產(chǎn)物抑制， 熱穩(wěn)定性，協(xié)同過程中的活性平衡，比活力，非特異性結(jié)合，酶的可持續(xù)性以及 酶通用性等等。雖然在酶的結(jié)構(gòu)，酶的分子性質(zhì)，纖維以及纖維素超分子結(jié)構(gòu)等 等方面取得了一定的結(jié)果，但是由于纖維素底物結(jié)構(gòu)和酶系統(tǒng)的復(fù)雜性，纖維素 水解的機(jī)制至今仍沒有徹底闡明。至今為止關(guān)于酶的相關(guān)因素已經(jīng)有很多文獻(xiàn)報(bào) 道并綜述240 243，因此我們將關(guān)注于酶資源，酶與底物的特異性結(jié)合以及酶 的有效協(xié)同等提高酶效率的領(lǐng)域。來自不同微生物的糖昔水解酶特征為了有效的提高纖維素生物質(zhì)的酶水解效率和降低成本，利用多種技術(shù)開展 了尋找強(qiáng)效酶以及更好理解酶與底物之間

51、相互作用的研究。在完全水解生物質(zhì)的 過程中需要不同的酶類，比如纖維素酶，半纖維素酶，脫枝酶，酚醛酸酯酶以及 木質(zhì)素酶244。然而目前位置還不清楚糖昔水解酶以及他們相關(guān)連的酶、蛋白 質(zhì)功能在降解木質(zhì)生物質(zhì)時(shí)的作用。多種微生物包括細(xì)菌，真菌能夠生產(chǎn)多種多 樣的糖昔水解酶用于生物質(zhì)轉(zhuǎn)化和降解。在自然界中，生物質(zhì)通過不同微生物的 多種酶組分共同作用完成降解，這些微生物來自于特殊群落，如白蟻消化道，牛 瘤胃以及極端環(huán)境中。這些厭氧或者好氧菌群落可能只有細(xì)菌，真菌或者二者都 存在245?？捎糜谏a(chǎn)糖昔酶的微生物及其特性列于表1。這些微生物由不同的環(huán)境位分離得到，根據(jù)他們的生長環(huán)境加以分類。糖昔 水解酶有多

52、種不同的性質(zhì)，比如通常環(huán)境下的熱，酸，堿的耐受度等。根據(jù)他們Table 1. Selected bacterial and fungal strains for glycosyl hydrase production.NameEnzymes typesRefBacteria (aerobic)Acidothermus cellulolyticusNC/HCT粕Bacillus sp.NC/HCM/ATgBacillus pumilusNC/HCM/AT377,378Bacillus substilisNC/HCM/T379Bacillus agaradhaerens JAM-KU023NC/H

53、CT/A3 SOBrevibacillus sp. strain JXLNC/HCT(381Cellulomonas flavigenaNC/HCT/AT382Cellulomonas fimiNC/HCM273,383GeobadHus thermoieovoransNC/HCT/AT(384Paenibacillus campinasensis BL11NC/HCTWPaenibacUlus strain B39NCT1386Streptomyces sp.NC/HCM/T3S7Thermoactinomyces sp.NC/HCT(3S8Thermomon ospora curvataN

54、C/HCT389The r mom on ospora fuscaNC/HCT390Bacteria (anaerobic)Aceti vibrio cellulolyticusCellulosome/NCM3丸Bacteroides cellulosolvensCellulosomeM心Clostridium acetobutylicumCellulosomeM392Clostrium cellulolyticumCellulosome/NCM3MClostrium cellulovoransCellulosome/NCM冷Ciostrium josuiCellulosomeM395Cios

55、trium papyrosoivensCellulosomeM瘀Clostrium thermocellumCellulosome/NCTRumi nococcus albusCellulosomeMSRuminococcus flavefaciensCellulosomeM3洌Filamentous fungi (aerobic)Acre monium cellulolyticusNC/HCMAaophialophora nainianaHC/HCM400Aspergill us accuieatusNC/HCM401,402Aspergillus fumigatusNC/HCM/T403A

56、spergillus nigerNC/HCM404Aspergill us oryzaeNC/HCM網(wǎng)Fusarium sol an iNC/HCM406Humicola grisea war, thermoideaNC/HCTRwIrpex lac teasNC/HC/LNM(408Pen id Ilium funmiculosumNC/HCM409Penidllium atrovenetumNC/HCT410PenidHium ci trinumNC/HCM411Phanerochaete chrysosporiumNC/HC/LNM(412Schizophyllum communeNC/

57、HCM413Sclerotium rolfsiiNC/HCM414415Sporotrichum cellulophilumNC/HCT(501Talaromyces emersoniiNC/HCT416Thielavia terrestrisNC/HCT5。2Trichoderma koningiiNC/HCM406Trichoderma, reeseiNC/HCM40(5,417Trichoderma virideNC/HCM418AT: Alkali tolerant; HC: Hemicellulase; LN: Ligninase; M: Mesop hi lie; NC: Nonc

58、omplexed cellulase; T Tliermophilic.的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，糖苷水解酶可以進(jìn)一部分為4類：多酶復(fù)合體系統(tǒng)(纖維小體)， 非復(fù)合纖維素酶系統(tǒng)，以及半纖維素酶和木質(zhì)素酶系統(tǒng)。20世紀(jì)80年代Bayer, Lamed和他們的同事246,247在濕熱厭氧菌熱纖梭菌分離得到纖維小體，之后 的工作認(rèn)識到纖維小體的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，特性，基因，多樣性以及與植物細(xì)胞壁的 相互作用。直到今天，纖維小體僅僅在厭氧微生物中存在。有很多綜述詳細(xì)介紹 了纖維小體248, 253。纖維小體具有多個(gè)特征：高效的納米機(jī)器用于降解細(xì)胞 多糖，多酶復(fù)合體中高效的纖維素和半纖維素的整合，并通過腳手架蛋白和鉚釘

59、蛋白結(jié)合在細(xì)胞壁上252。相比之下，非復(fù)合糖苷酶系統(tǒng)在所有的微生物中都能發(fā)現(xiàn)，即使那些含有纖 維小體的系統(tǒng)中。在這篇綜述中，非復(fù)合酶系統(tǒng)的性質(zhì)及它們與纖維素的相互作 用將進(jìn)行詳細(xì)的討論。非復(fù)合糖苷酶系統(tǒng)在多種絲狀真菌中進(jìn)行了詳細(xì)的研究。 其中，Trichoderma和Aspergillus是被廣泛研究并用于工業(yè)生產(chǎn)的微生物。瑞氏木 霉能夠分泌只少2種外切酶(CBHI and CBHII)，5-6種內(nèi)切酶(EGI, EGII, EGIII, EGIV, EGV, and EGVI)以及8葡萄糖苷酶(BGL I and II)，2種木聚糖酶以及多種半 纖維素酶254。纖維素酶在不溶性底物，尤其是結(jié)

60、品纖維素上的作用效果取決 于不同組分的比例，某些協(xié)同作用只有在一定的比例下才是有效的60,66。雖然 瑞氏木霉CBHI:EGI的比例在工業(yè)纖維素酶生產(chǎn)中為4-5:1，但是最近的研究說明 最優(yōu)的酶比例受到預(yù)處理?xiàng)l件，底物來源等等因素的影響255,256。雖然很多的 研究成果證明CBHI和EGI共享纖維束上的相同結(jié)合位點(diǎn)，但是CBHI具有更高的 結(jié)合和親和能力，CBHII具有不同于CBH1的結(jié)合位點(diǎn)56,257。然而，這些組分 的摩爾比例在協(xié)同作用時(shí)的結(jié)合比例還沒有引起足夠的關(guān)注。Nidetzky等證明在 酶的作用過程中，與位點(diǎn)的結(jié)合采用的是競爭的方式258。另一方面，Jeoh和同 事認(rèn)為Ther