植物细胞壁蛋白纤维素酶特征的研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 韩业君 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2008-09-15 |
| 授予单位 | 中国科学院过程工程研究所 |
| 授予地点 | 过程工程研究所 |
| 导师 | 陈洪章 |
| 关键词 | 玉米秸秆 纤维素酶 氢键 协同作用 酶学性能 原核表达 |
| 其他题名 | Study on cellulasic characterization of plant cell wall protein |
| 学位专业 | 生物化学与分子生物学 |
| 中文摘要 | 木质纤维素转化燃料乙醇是发展可再生能源的有效途径之一，但目前仍然在很多环节存在瓶颈问题，也阻碍了纤维素乙醇产业的经济、高效运行。植物细胞壁是多组分复杂体系，除了纤维素等主要成份以外，还存在丰富的对细胞壁结构有调控作用的酶蛋白。本文拟以玉米植株为材料，对植物细胞壁蛋白的纤维素酶特征及其在秸秆酶解、发酵中的应用进行研究，以期从植物自身资源寻找降低纤维素酶成本、提高酶利用效率的新途径。论文取得了以下主要研究成果： 1）发现了玉米植株细胞壁蛋白与Trichoderma viride纤维素酶之间的协同作用，其中新鲜玉米秸秆壁蛋白的协同活性最显著。在滤纸酶解时，玉米幼苗和新鲜玉米秸秆细胞壁蛋白与T. viride纤维素酶的协同度分别为1.91和2.30。对协同机理的研究发现，新鲜玉米秸秆壁蛋白除了具有糖苷水解酶活力以外，其中还存在非糖苷水解性的纤维素酶协同因子。对新鲜秸秆中真菌和细菌的分析发现，两者的蛋白与T. viride纤维素酶没有显著的协同作用，说明植物细胞壁蛋白的协同活性来自植物自身。 2）从新鲜玉米秸秆细胞壁蛋白中发现并分离到两种β-糖苷水解酶。酶学特征分析发现，β-葡萄糖苷酶的最佳反应温度为37℃，最适pH为4.8。β-葡聚糖外切酶具有β-(1-3) 和 (1-4) 葡聚糖外切酶的双重活性，最佳反应温度为40℃。β-糖苷水解酶的酶学特征使其在纤维素同步糖化发酵乙醇中具有应用价值，酵母和纤维素酶温度不一致的问题在一定程度上得到缓解。 3）从新鲜玉米秸秆细胞壁蛋白中发现并分离到两种非糖苷水解性的纤维素酶协同因子。对协同机理研究发现，蛋白Zea h 能够解离底物内部的氢键，提高纤维素酶的可及性；蛋白Zea h中类似糖苷水解酶纤维素结合结构域(CBD) 的存在，可能是其解离底物氢键的原因之一。疏水性蛋白具有疏水-亲水的结构，能够通过与木质素的强吸附性结合，减少纤维素酶，尤其是β-葡聚糖外切酶和β-葡萄糖苷酶在木质纤维素底物上的非特异性吸附。 4）发现了新鲜玉米秸秆以葡萄糖为主要产物的体外自溶现象，自溶底物占秸秆干重的2.56%；进一步对自溶机理研究发现，发生自溶的底物主要是半纤维素的β- (1-3, 1-4)葡聚糖和部分纤维素。开发了基于新鲜玉米秸秆细胞壁蛋白利用的秸秆酶解、发酵新工艺，葡萄糖和乙醇的产量分别比对照提高了61.2%和112.7%。新鲜玉米秸秆不仅作为酶解、发酵的底物，其中的细胞壁蛋白也起到T. viride纤维素酶添加剂的作用。 5）分别从玉米幼苗和新鲜玉米秸秆中克隆了扩张蛋白 expa1 (AF332169.1) 和β-(1-3,1-4) 葡聚糖外切酶 (AAF79936) 的cDNA全长。利用同源模建技术对蛋白三维结构分析发现，expa1 和β-(1-3,1-4)葡聚糖外切酶均由两个结构域组成，中间存在一段连接肽，符合扩张蛋白和糖苷水解酶家族的基本结构特征。β-(1-3,1-4)葡聚糖外切酶的cDNA在原核体系中，以无活性包涵体的形式得到了表达。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2013-09-13 |
| 页码 | 191 |
| 源URL | [http://ir.ipe.ac.cn/handle/122111/1200]  |
| 专题 | 过程工程研究所_研究所（批量导入） |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 韩业君. 植物细胞壁蛋白纤维素酶特征的研究[D]. 过程工程研究所. 中国科学院过程工程研究所. 2008. |
入库方式： OAI收割
来源：过程工程研究所
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