本文關(guān)鍵詞：天然纖維素超微結(jié)構(gòu)層次及不同內(nèi)切纖維素酶降解特異性的研究

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【摘要】：植物生物質(zhì)作為地球上最豐富的可再生資源之一,實(shí)現(xiàn)它的快速降解轉(zhuǎn)化,對于保證地球碳素的正常循環(huán)至關(guān)重要。植物生物質(zhì)主要由木素、半纖維素、纖維素、果膠、植物糖蛋白等多種化合物構(gòu)成,其中結(jié)晶纖維素形成細(xì)胞壁的骨架結(jié)構(gòu)。為了加速植物生物質(zhì)的有效利用,必須充分了解天然纖維素抗降解屏障的結(jié)構(gòu)層次;抗降解屏障是如何影響物化、生物等處理過程;微生物分泌的多種纖維素酶系在天然纖維素降解中的功能。本文借助超微分析可視化手段,從生物大分子結(jié)構(gòu)層次探究了不同纖維素處理方式的降解效率及其對底物結(jié)構(gòu)的影響;結(jié)合生物信息學(xué)方法,分析了 T.reeseI三種主要內(nèi)切纖維素酶降解天然纖維素的主要過程。本文主要內(nèi)容及研究結(jié)果如下:(1)天然纖維素抗降解屏障結(jié)構(gòu)層次探究表明結(jié)晶纖維素的降解是由表及里的非均相過程,微纖絲聚集結(jié)構(gòu)層次的破壞是結(jié)晶纖維素降解的關(guān)鍵步驟采用稀鹽酸、T.reesei胞外游離酶系、C.thermocellum LQR1三種常用的纖維素降解方法對CF11棉花纖維進(jìn)行降解,超微結(jié)構(gòu)顯示CF11底物表面微纖絲結(jié)構(gòu)被破壞,內(nèi)部微纖絲聚集緊密。稀鹽酸降解后微纖絲內(nèi)部聚集出現(xiàn)較明顯變化,即微纖絲束間出現(xiàn)間隙;酶解和菌解微纖絲內(nèi)部完整,但經(jīng)過菌解后底物纖維直徑大幅減小。再次利用纖維素酶/菌降解上述預(yù)處理底物,發(fā)現(xiàn)稀鹽酸預(yù)處理底物的酶解轉(zhuǎn)化率提高,暗示稀鹽酸預(yù)處理破壞纖維素四級聚集結(jié)構(gòu),打開了酶分子進(jìn)入內(nèi)部的降解通道;C.thermocellum LQR1再水解四種處理底物的轉(zhuǎn)化率仍保持80%左右,各處理底物再水解轉(zhuǎn)化率沒有顯著差異,推測C.thermocellum LQR1能夠直接降解天然纖維素的微纖絲,預(yù)處理技術(shù)可以省略,但是適當(dāng)?shù)睦w維素酶預(yù)處理可以進(jìn)一步提高纖維素降解菌的降解效率。(2)T.reesei三種主要EGs所在GH家族活性架構(gòu)、異源表達(dá)EGs理化性質(zhì)及協(xié)同性分析利用大腸桿菌異源表達(dá)系統(tǒng)表達(dá)T.reesei三種主要內(nèi)切纖維素酶EG Ⅰ、EGⅡ、EGⅢ,對其生物學(xué)性質(zhì)包括內(nèi)切纖維素酶活性、最適反應(yīng)條件等進(jìn)行了測定,結(jié)果顯示異源表達(dá)得到的內(nèi)切纖維素酶理化性質(zhì)、生物學(xué)活性與野生型內(nèi)切纖維素酶基本一致。利用生物信息學(xué)手段對比分析了三種內(nèi)切纖維素酶所在GH家族活性架構(gòu)關(guān)鍵AA種類、數(shù)目和保守性,對EGⅠ、EGⅡ、EGⅢ結(jié)構(gòu)差異進(jìn)行歸納。另外,結(jié)合可溶性纖維素底物降解實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)三種內(nèi)切纖維素酶能夠協(xié)同降解可溶性底物,底物結(jié)構(gòu)的變化對不同內(nèi)切酶降解效率、內(nèi)切酶協(xié)同性產(chǎn)生不同影響,猜測不同內(nèi)切纖維素酶的活性中心具有適合降解的特定底物扭曲構(gòu)象,而這些構(gòu)象存在于天然纖維素中。(3)EGⅠ、EGⅡ、EGⅢ降解纖維素底物特異性的超微結(jié)構(gòu)分析利用異源表達(dá)的EGⅠ、EGⅡ、EGⅢ對不溶性天然纖維素進(jìn)行降解處理,結(jié)合超微分析可視化手段觀察底物表面結(jié)構(gòu)特征。以CF11為底物時酶解后底物表面出現(xiàn)凸起顆粒,經(jīng)鑒定是未降解的微纖絲片段。測量發(fā)現(xiàn)凸起的長度分布范圍在三種內(nèi)切纖維素酶降解底物中存在特異性,EG Ⅰ產(chǎn)生片段長度最大,EGⅡ、EGⅢ之間沒有顯著差異。EP-CF11經(jīng)過降解后表面沒有產(chǎn)生明顯的谷粒狀凸起,而是形成了一些短的微纖絲片段,同樣對這些片段長度統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)結(jié)果與CF11作為底物時類似,推測同一來源的纖維素其非晶區(qū)和結(jié)晶區(qū)纖維素具有相同的扭曲構(gòu)象。另外根據(jù)圖像分析,EG Ⅰ應(yīng)該具備較強(qiáng)的結(jié)晶纖維素潤漲能力
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：O636.11;Q55

【相似文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前5條

1 任守讓,趙貴彬,王瑞霞;植物秸稈天然纖維素的酶水解研究[J];微生物學(xué)通報;1985年06期

2 操偉;;興旺發(fā)達(dá)的塑料家族[J];科學(xué)世界;1995年11期

3 張玉忠,劉潔,高培基,時東霞,龐世瑾;天然纖維素超顯微結(jié)構(gòu)的掃描隧道顯微鏡研究[J];生物物理學(xué)報;1997年03期

4 黃s，

本文編號：1286654