本文關(guān)鍵詞：纖維素超分子結(jié)構(gòu)及其降解過程的表征分析，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：木質(zhì)纖維素是植物細胞壁中的主要成分,其中包含纖維素、半纖維素和果膠質(zhì)。在植物細胞壁中,纖維素構(gòu)成細胞壁的骨架結(jié)構(gòu),以高度結(jié)晶的有序結(jié)構(gòu)微纖絲狀態(tài)存在于細胞壁中。細胞壁如此復雜的天然結(jié)構(gòu),形成了多種保護機制,其抵抗微生物以及酶降解的各種防御措施形成了植物的“抗降解屏障”,這給木質(zhì)纖維素的綜合利用帶來極大困難。 纖維素是以β-1,4-糖苷鍵連接而成的簡單超分子化合物,但其超分子結(jié)構(gòu)卻非常復雜,由于其結(jié)構(gòu)層次未加闡明,所以是何種因素限制酶解速率一直以來都是一個極具爭議的科學問題。近年來,由于結(jié)構(gòu)測定技術(shù)的迅速發(fā)展,初步建立了從米(100m)到納米層次(10-9m)的表征手段,建立了相關(guān)微纖絲合成的模塊。但是仍未系統(tǒng)全面分析不同層次下天然異質(zhì)性纖維素的變化,仍未說明酸解、酶解、菌體以及天然生境中纖維素超分子結(jié)構(gòu)的降解變化,因此本文基于天然纖維素不同層次的整體測定技術(shù),比對局部超微結(jié)構(gòu)的分析,引入切片技術(shù)分析異質(zhì)性纖維細胞壁內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化,闡明纖維素超分子結(jié)構(gòu)降解過程變化。 獲得的主要進展如下 1、利用聚合度測定、氫鍵強度測定、結(jié)晶度測定以及可及度測定全面系統(tǒng)表征整體結(jié)構(gòu)的變化,區(qū)分了纖維素超分子結(jié)構(gòu)一級、二級、三級及四級結(jié)構(gòu)層次,建立了相關(guān)層次與整體結(jié)構(gòu)信息的關(guān)系。應用超分子結(jié)構(gòu)表征方法結(jié)合切片表征分析異質(zhì)性的纖維素超分子結(jié)構(gòu),提出纖維素微纖絲為作為三級結(jié)構(gòu)的基本單元,其不同堆積排列方式(四級結(jié)構(gòu))的空隙僅為7nm左右,明顯限制了5-7nm游離酶分子的有效擴散,微纖絲的緊密堆積形成了限制游離酶系降解的大然屏障,使得酶解過程僅發(fā)生在植物細胞壁的表面。相對酸解過程,由與H+的大小在1A以下,可以在微纖絲孔隙中自由擴散,因此可以對內(nèi)部微纖絲非晶結(jié)構(gòu)進行降解,使得纖維素的結(jié)晶度上升。 2、通過熱纖梭菌(Clostridiem thermocellum)以及牛瘤胃天然生境系統(tǒng)中的微生物去對結(jié)晶纖維素類底物進行的降解分析發(fā)現(xiàn),這些厭氧細菌對微纖絲的降解模式與酸解、酶解明顯不同,它們可以針對整根微纖絲進行降解,從而引起結(jié)晶度的明顯下降,而結(jié)晶度的降解是纖維素三級結(jié)構(gòu)坍塌的表現(xiàn)。雖然整體結(jié)構(gòu)測定的信息相對一致,但熱纖梭菌與牛瘤胃天然生境系統(tǒng)降解模式又有區(qū)別,熱纖梭可將纖維表面微纖絲重構(gòu),使得微纖絲明顯變粗,然后降解孔洞逐漸擴大,完成局部區(qū)域的高效降解。而牛瘤胃天然生境系統(tǒng)中降解過程直接作用微纖絲,類似于內(nèi)切酶的作用,在微纖絲表面不斷形成切口并降解,使得微纖絲平均直徑逐漸變細,形成串珠狀,最后完成降解。好氧的生孢噬纖維粘菌降解模式類似于牛瘤胃中相關(guān)細菌的降解,直接破壞纖維素的三級結(jié)構(gòu),完成對整根微纖絲的高效降解,克服細胞壁形成的天然降解屏障。熱纖梭菌、生孢噬纖維粘菌以及牛瘤胃生境對由于微生物菌體對結(jié)晶微纖絲這種具有高效的利用能力,使得以后結(jié)晶纖維素的高效轉(zhuǎn)化研究應以菌體為主要目標,而非游離纖維素酶系。
【關(guān)鍵詞】：結(jié)晶纖維素 超分子結(jié)構(gòu) 原子力顯微鏡 抗降解屏障
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2012
【分類號】：TQ352.1
【目錄】：

• 中文摘要8-10
• Abstract10-13
• Abbreviation13-14
• 第1章 緒論14-43
• 1.1 生物質(zhì)抗降解屏障15-26
• 1.1.1 植物細胞壁及其結(jié)構(gòu)層次15-18
• 1.1.2 纖維素18-23
• 1.1.2.1 纖維素的合成18-19
• 1.1.2.2 纖維素的結(jié)構(gòu)19-23
• 1.1.3 半纖維素23-24
• 1.1.4 木質(zhì)素24-26
• 1.2 預處理技術(shù)26-27
• 1.3 降解纖維素的微生物27-29
• 1.4 纖維素酶系統(tǒng)29-35
• 1.4.1 纖維素酶種類29-31
• 1.4.2 非復合纖維素酶系統(tǒng)31-34
• 1.4.3 復合纖維素酶系統(tǒng)34-35
• 1.5 纖維素超微結(jié)構(gòu)分析方法的應用35-40
• 1.5.1 纖維素類底物整體結(jié)構(gòu)的測定36-38
• 1.5.1.1 聚合度36
• 1.5.1.2 氫鍵強度36-37
• 1.5.1.3 結(jié)晶度37-38
• 1.5.1.4 可及度38
• 1.5.2 超分子結(jié)構(gòu)表面分析技術(shù)38-40
• 1.5.2.1 掃描電子顯微鏡(SEM)分析表面形貌39
• 1.5.2.2 原子力顯微鏡(AFM)分析樣品表面形貌39-40
• 1.5.2.3 切片技術(shù)結(jié)合AFM分析纖維內(nèi)部結(jié)構(gòu)40
• 1.5.3 數(shù)字圖像定量分析40
• 1.6 立體依據(jù)40-43
• 第2章 纖維素底物超分子結(jié)構(gòu)表征平臺的建立43-67
• 2.1 材料與方法44-50
• 2.1.1 材料44
• 2.1.2 主要儀器和試劑44
• 2.1.3 纖維素類底物整體量測定44-47
• 2.1.3.1 聚合度44-47
• 2.1.3.2 氫鍵強度47
• 2.1.3.3 結(jié)晶度47
• 2.1.3.4 可及度47
• 2.1.4 底物表面形貌分析47-48
• 2.1.4.1 掃描電子顯微鏡(SEM)分析樣品表面形貌47-48
• 2.1.4.2 原子力顯微鏡(AFM)分析樣品表面形貌48
• 2.1.5 纖維細胞壁內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析48-50
• 2.1.5.1 無水乙醇的再次處理48
• 2.1.5.2 纖維類樣品的包埋過程48-50
• 2.1.6 數(shù)字圖像定量分析50
• 2.2 結(jié)果與分析50-65
• 2.2.1 纖維素整體結(jié)構(gòu)測定50-57
• 2.2.1.1 聚合度50-52
• 2.2.1.2 氫鍵強度52-54
• 2.2.1.3 結(jié)晶度54-56
• 2.2.1.4 可及度56-57
• 2.2.2 樣品表面超微結(jié)構(gòu)分析57-65
• 2.2.2.1 觀察尺度的逐級放大57-59
• 2.2.2.2 SEM/AFM圖像的定量分析59-63
• 2.2.2.3 切片分析纖維細胞壁內(nèi)部結(jié)構(gòu)63-65
• 2.3 總結(jié)與討論65-67
• 第3章 稀酸與真菌游離酶系對結(jié)晶纖維素的降解及分析67-89
• 3.1 材料和方法67-69
• 3.1.1 材料67
• 3.1.2 儀器和試劑67-68
• 3.1.3 稀酸水解和瑞氏木霉酶制劑對纖維素粉CFll的降解68
• 3.1.3.1 稀酸水解CF1168
• 3.1.3.2 瑞氏木霉酶制劑對CF11的降解68
• 3.1.4 纖維素整體結(jié)構(gòu)測定68-69
• 3.1.4.1 上清液中還原糖測定68-69
• 3.1.4.2 整體結(jié)構(gòu)測定69
• 3.1.5 切片分析纖維細胞壁內(nèi)部結(jié)構(gòu)69
• 3.1.6 利用AFM/SEM對CF11進行表面超微結(jié)構(gòu)分析69
• 3.2 結(jié)果與分析69-87
• 3.2.1 整體結(jié)構(gòu)分析69-76
• 3.2.1.1 還原糖量69-72
• 3.2.1.2 氫鍵強度72-74
• 3.2.1.3 結(jié)晶度74-76
• 3.2.2 利用SEM/AFM進行底物的超微結(jié)構(gòu)觀察和分析76-87
• 3.2.2.1 利用SEM/AFM觀察稀酸水解后底物表面形貌76-81
• 3.2.2.2 酶解后樣品SEM/AFM超微結(jié)構(gòu)觀察和定量化分析81-85
• 3.2.2.3 切片分析纖維細胞壁內(nèi)部結(jié)構(gòu)85-87
• 3.3 總結(jié)與討論87-89
• 第4章 微生物菌體對結(jié)晶纖維素的降解及分析89-117
• 4.1 材料與方法89-91
• 4.1.1 材料89
• 4.1.2 主要儀器和試劑89-90
• 4.1.3 熱纖梭菌對CF11的降解90
• 4.1.4 牛瘤胃復雜生境微生物對CF11的降解90-91
• 4.1.5 生孢噬纖維粘菌對濾紙纖維的降解91
• 4.2 結(jié)果與分析91-115
• 4.2.1 纖維素整體結(jié)構(gòu)測定91-93
• 4.2.1.1 聚合度91
• 4.2.1.2 氫鍵強度91-92
• 4.2.1.3 結(jié)晶度92-93
• 4.2.2 熱纖梭菌對纖維素粉CF11底物的降解93-101
• 4.2.2.1 利用SEM對樣品表面進行觀察93-95
• 4.2.2.2 利用AFM對樣品表面進行掃描分析95-100
• 4.2.2.3 利用切片技術(shù)分析內(nèi)部結(jié)構(gòu)100-101
• 4.2.3 牛瘤胃生境微生物對微晶纖維素CF11的降解101-112
• 4.2.3.1 利用SEM對樣品表面進行觀察101-103
• 4.2.3.2 利用AFM對樣品表面進行分析103-110
• 4.2.3.3 利用切片技術(shù)分析內(nèi)部結(jié)構(gòu)110-112
• 4.2.4 生孢噬纖維粘菌對濾紙纖維的降解112-115
• 4.2.4.1 利用SEM觀察底物表面形貌112-114
• 4.2.4.2 利用AFM對底物進行表面形貌分析114-115
• 4.3 總結(jié)與討論115-117
• 全文總結(jié)與展望117-119
• 總結(jié)117-118
• 展望118-119
• 參考文獻119-127
• 攻讀學位期間的研究成果127-128
• 致謝128-130
• 學位論文評閱及答辯情況表130

【引證文獻】

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 張小梅;糖苷水解酶性質(zhì)高通量分析平臺的建立及GH12家族酶組分多功能活性架構(gòu)的機理研究[D];山東大學;2013年

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 李單單;糖苷水解酶GH12家族活性架構(gòu)中關(guān)鍵氨基酸的功能分析[D];山東大學;2013年

  本文關(guān)鍵詞：纖維素超分子結(jié)構(gòu)及其降解過程的表征分析，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號：434195