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β-木糖苷酶及其在纤维素乙醇生产中的应用研究进展

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生命科学 2021年第6期33卷 773-780页

作者：叶延欣宁艳春李雪芝岳军刘国栋赵建山东大学微生物技术国家重点实验室青岛266237 河南城建学院生命科学与工程学院平顶山467000 中国石油吉林石化公司研究院吉林132021

将木质纤维素类生物质生物转化生产液体燃料,如纤维素乙醇和大宗化学品,对缓解当前人类社会面临的能源和资源危机以及保护环境具有重要意义。半纤维素是木质纤维素类生物质的主要组成成分之一,它的生物降解转化对实现木质纤维素生物炼... 详细信息

将木质纤维素类生物质生物转化生产液体燃料,如纤维素乙醇和大宗化学品,对缓解当前人类社会面临的能源和资源危机以及保护环境具有重要意义。半纤维素是木质纤维素类生物质的主要组成成分之一,它的生物降解转化对实现木质纤维素生物炼制意义重大。由于半纤维素糖种类的多样性和半纤维素结构的复杂性,需要一个复杂的半纤维素酶系才能完成对半纤维素的有效降解。除了木聚糖酶等以外,β-木糖苷酶也是半纤维素酶系的主要组分。在半纤维素降解过程中,β-木糖苷酶将木聚糖酶的水解产物木寡糖和木二糖水解为木糖,不仅在木聚糖的彻底降解过程中起着重要作用,而且可以缓解木寡糖对木聚糖酶和纤维素酶的抑制作用。该文综述了目前在β-木糖苷酶方面的研究进展,包括β-木糖苷酶的分类、酶学性质、酶结构及其催化机制、基因的克隆与表达等,并对β-木糖苷酶在纤维素乙醇生产中的应用情况进行了简述。

关键词：木质纤维素 β-木糖苷酶生物转化纤维素乙醇研究进展

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β-木糖苷酶的研究进展

中国酿造 2018年第10期37卷 14-19页

作者：汤勇蔡俊湖北工业大学发酵工程教育部重点实验室工业发酵湖北省协同创新中心工业微生物湖北省重点实验室湖北武汉430068

可再生半纤维素的主要成分木聚糖降解为单体木糖的过程需要一系列酶的共同参与。内切木聚糖酶和木糖苷酶是该降解过程中最重要的两种酶。该文主要阐述了不同来源和种类的β-木糖苷酶之间的差异性,β-木糖苷酶研究方向的展望,以及在农工... 详细信息

可再生半纤维素的主要成分木聚糖降解为单体木糖的过程需要一系列酶的共同参与。内切木聚糖酶和木糖苷酶是该降解过程中最重要的两种酶。该文主要阐述了不同来源和种类的β-木糖苷酶之间的差异性,β-木糖苷酶研究方向的展望,以及在农工业资源再利用,食品添加剂,纤维饲料,饮料和造纸工业等方面的应用。为系统性地研究木聚糖酶系协同作用提供了参考,为在分子调控机制方面研究β-木糖苷酶的合成与表达提供方向,为工业化应用β-木糖苷酶提供指导。

关键词： β-木糖苷酶木聚糖酶学性质生产应用

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β-木糖苷酶的研究进展

浙江林业科技 2005年第1期25卷 59-64页

作者：郑莉杨金玲朱平程克棣中国医学科学院中国协和医科大学药物研究所北京100050

综述了β-木糖苷酶的性质、结构、催化机制和基因工程等方面的研究进展,并展望了该研究在能源工业、造纸工业和医药工业上的应用前景。

关键词：能源工业医药工业造纸工业展望 β-木糖苷酶应用前景研究基因工程

黑曲霉β-木糖苷酶An-xyl的重组表达与木糖耐受性表征

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生物工程学报 2023年第11期39卷 4593-4607页

作者：李乐彭程于坤朋唐艺玲林燕玲李利君倪辉李清彪集美大学海洋食品与生物工程学院福建厦门361021 福建省食品微生物与酶工程重点实验室福建厦门361021 厦门市食品生物工程技术研究中心福建厦门361021 海洋食品精深加工关键技术省部共建协同创新中心辽宁大连116034 厦门海洋职业技术学院福建厦门361100

木糖苷酶催化低聚木糖水解在木质纤维素降解中起重要作用,但该酶活性易被产物木糖抑制,严重限制了其应用。基于分子对接,本文研究了茶梗发酵培养基差异表达显著的黑曲霉(Aspergillus niger)β-木糖苷酶An-xyl与木糖的亲和性,并对其进行... 详细信息

木糖苷酶催化低聚木糖水解在木质纤维素降解中起重要作用,但该酶活性易被产物木糖抑制,严重限制了其应用。基于分子对接,本文研究了茶梗发酵培养基差异表达显著的黑曲霉(Aspergillus niger)β-木糖苷酶An-xyl与木糖的亲和性,并对其进行克隆表达和性质表征,进一步探讨了该酶与纤维素酶对茶梗中木质纤维素的降解作用。分子对接结果表明,An-xyl与木糖的亲和性低于木糖耐受性较差的米曲霉β-木糖苷酶xyl A。重组表达的An-xyl木糖抑制常数Ki值为433.2 mmol/L,与同为GH3家族的β-木糖苷酶相比木糖耐受性较高。以p NPX为底物时,K_(m)和V_(max)分别为3.6 mmol/L和10000μmol/(min·mL)。An-xyl最适温度65℃,最适pH 4.0,65℃处理300 min能保持约61%的酶活力,在pH2.0-8.0的范围内处理24h后酶活力仍能维持80%左右。添加An-xyl与纤维素酶共同水解茶梗,反应2h和4h产生还原糖含量比单独使用纤维素酶水解分别提高了19.3%和38.6%。本研究表明,通过差异表达挖掘的An-xyl具有高木糖耐受性和较好的催化活性和稳定性,可协同作用水解茶梗类木质纤维素,丰富了具有高木糖耐受性β-木糖苷酶的资源,为其应用提供了实验依据。

关键词：黑曲霉 β-木糖苷酶木糖耐受性茶梗木质纤维素

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定点突变提高β-木糖苷酶Xln-DT的酶活

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食品与生物技术学报 2021年第2期40卷 41-48页

作者：李琦童欣怡姜云鹏蒋玉洁李冬冬赵林果南方现代林业协同创新中心江苏南京210037 南京林业大学化学工程学院江苏南京210037

笔者在前期研究中已从嗜热菌Dictyoglomus thermophilum中克隆并异源表达了一种β-木糖苷酶Xln-DT,通过获得高酶活、酶学性质优异的β-木糖苷酶Xln-DT突变体,进而提高其在生物燃料、食品和医药等行业中的应用价值。基于提高比酶活的目的... 详细信息

笔者在前期研究中已从嗜热菌Dictyoglomus thermophilum中克隆并异源表达了一种β-木糖苷酶Xln-DT,通过获得高酶活、酶学性质优异的β-木糖苷酶Xln-DT突变体,进而提高其在生物燃料、食品和医药等行业中的应用价值。基于提高比酶活的目的,通过生物信息学方法确定了β-木糖苷酶Xln-DT可突变的关键氨基酸位点,在161、202和231位点处分别引入HIS/LEU、PHE/LEU和TRP,获得Xln-DT比酶活明显提高的突变型酶Xln-DT-202PHE和Xln-DT-202LEU,并分析比较突变前后的酶学性质。突变型酶Xln-DT-202PHE和Xln-DT-202LEU的酶活较Xln-DT分别提高了3.28和2.97倍,比酶活分别提高了2.86和2.54倍。Xln-DT-202PHE和Xln-DT-202LEU的最适pH下降明显,由6.0分别下降至4.5和5.0。Xln-DT-202LEU在75℃下保温2 h酶活维持不变,较Xln-DT在75℃下的温度稳定性相比有明显提高。Xln-DT-202PHE和Xln-DT-202LEU在pH 4.0~7.0的范围内保温24 h,仍能保持80%以上的剩余酶活力。突变型酶不但显著提高了酶的活力,而且热稳定性得到了极大的改善,为其在食品热加工等领域中的应用奠定了基础。

关键词： β-木糖苷酶分子生物学定点突变酶活热稳定性

Leifsonia ***2019中一种新型耐木糖β-木糖苷酶的表达与特征

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微生物学报 2022年第4期62卷 1452-1463页

作者：何易焦镕虎王晨曦王茜许光治浙江农林大学食品与健康学院浙江临安311300

【目的】从栀子灰蝶幼虫分离的Leifsonia ***2019菌株中克隆表达出一种新型β-木糖苷酶Xyl4900,并研究其酶学性质,以期为开发适用于工业生产的β-木糖苷酶提供参考。【方法】采用生物信息学分析技术分析Leifsonia ***2019菌株的β-木糖... 详细信息

【目的】从栀子灰蝶幼虫分离的Leifsonia ***2019菌株中克隆表达出一种新型β-木糖苷酶Xyl4900,并研究其酶学性质,以期为开发适用于工业生产的β-木糖苷酶提供参考。【方法】采用生物信息学分析技术分析Leifsonia ***2019菌株的β-木糖苷酶Xyl4900基因并在大肠杆菌中表达了该基因,纯化并研究了其酶学性质。【结果】Xyl4900与GH3家族的β-葡萄糖苷酶同源性高,但带有β-木糖苷酶结构域,可特异性水解对硝基苯基β-D-吡喃木糖苷(pNPX),是一种新型β-木糖苷酶。酶学特性分析显示,Xyl4900在45℃和pH 7.0的条件下酶活性最高,且在pH 6.0–9.0的范围内孵育14 h,仍保持80%以上的酶活力。除Cu^(2+)外,其他金属离子(2.5 mmol/L)对Xyl4900酶活力无明显影响,且对低浓度有机溶剂(5%V/V)有较强耐受性。此外,在20%(W/V)NaCl或100 mmol/L木糖溶液中Xyl4900的酶活性仍高于50%,表现出较好的盐和木糖耐受性。动力学参数分析显示,Xyl4900的K_(m)值、V_(max)值和木糖抑制常数K_(i)值分别为0.80 mmol/L、36.10 U/mg和150.12 mmol/L。特别地,Xyl4900能够很好地降解木二糖、木三糖。【结论】Xyl4900具有良好的pH稳定性、木糖及盐耐受性,能够较好地应用到半纤维素降解和其他工业生产中。

关键词： Leifsonia sp.ZF2019 GH3糖苷水解酶 β-木糖苷酶盐耐受性木糖耐受性

β-木糖苷酶的酶学性质鉴定及与木聚糖酶协同作用研究

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β-木糖苷酶的酶学性质鉴定及与木聚糖酶协同作用研究

作者：李喆华南理工大学

学位级别：硕士

随着世界化石能源的日益消耗,可再生能源的开发利用越来越受到人们的关注,其中生物质能源因其来源丰富、用途广泛,在生物科技的不断发展进步的背景下,使用价值也在不断增加。木质纤维素是世界上最为丰富的生物质资源,不仅可以转化为能源... 详细信息

随着世界化石能源的日益消耗,可再生能源的开发利用越来越受到人们的关注,其中生物质能源因其来源丰富、用途广泛,在生物科技的不断发展进步的背景下,使用价值也在不断增加。木质纤维素是世界上最为丰富的生物质资源,不仅可以转化为能源,也可以转化成各种化学品,生物技术在许多的转化中扮演关键作用。半纤维素是木质纤维素中的一类,含量占木质纤维素的20%-30%。而木聚糖作为一种半纤维素,是植物中第二丰富的生物聚合物,仅次于纤维素。木聚糖最终降解成的木糖有着多种用途,例如微生物发酵生产乙醇。木聚糖生物降解过程需要木聚糖酶和β-木糖苷酶的参与,前者将木聚糖降解成小片段,后者则利用外切的性质将小片段水解释放木糖。因此,β-木糖苷酶的参与在木聚糖到木糖的生物转化中扮演着关键的作用。本课题着重研究了一种β-木糖苷酶ThXylC的酶学性质并探索了其与本课题组自有的一种木聚糖酶Xyn A协同降解木聚糖的效果。ThxylC基因来源于嗜热厌氧杆菌Thermoanerobacterium aotearoense SCUT27,该菌是从中国境内的一处温泉中分离得到的。通过氨基酸序列比对可知,该酶属于GH120家族。ThXylC经由分子操作带上六个组氨酸的标签,在*** BL21(DE3)中表达出来并通过镍柱亲和层析获得纯化蛋白。在酶学性质分析中,酶活为67.00 U/mg,最适反应温度和pH分别为6.5和65 oC。ThXylC有着较好的温度稳定性,在65 oC保温48 h之后,仍保留不低于50%的酶活。ThXylC关于终产物木糖的抑制常数为128 mM,保证了该酶在实际应用中对于产物有着较好的耐受性。Cu和Ni的存在对于酶活的影响较为显著,1 mM的Cu和1 mM Ni的存在使得ThXylC的酶活分别降至原酶活的24.3±4.4%和70.1±2.8%。在薄层层析的分析中,结果显示了ThXylC对于寡聚木糖(X2-X5)的彻底降解以及ThXylC和XynA(一种木聚糖酶)对于降解木聚糖的积极作用。在与木聚糖酶协同降解甘蔗渣的实验中,与只加入XynA的情况对比显示了在加入XylC之后,还原糖的含量由0.233 mmol/g甘蔗渣提高到了0.366 mmol/g甘蔗渣,提升幅度为57.1%。综合研究表明了ThXylC有着较大的工业应用的潜力。

关键词：嗜热厌氧杆菌 β-木糖苷酶酶学性质木聚糖酶协同作用

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韭菜β-木糖苷酶的分离纯化与部分性质研究

食品科学 2016年第7期37卷 104-109页

作者：万骥王丹傅婷李蕊伽廖海君唐云明西南大学生命科学学院淡水鱼类资源与生殖发育教育部重点实验室三峡库区生态环境教育部重点实验室重庆400715

新鲜韭菜经匀浆、缓冲液提取、硫酸铵分级沉淀、羧甲基离子交换层析(carboxymethyl-sephar ose,CMSepharose)再通过Su perdex-200凝胶过滤层析,从而获得电泳纯的β-木糖苷酶。该酶的比活力达到18.25 U/mg,纯化倍数为12.59,回收率为1.83%... 详细信息

新鲜韭菜经匀浆、缓冲液提取、硫酸铵分级沉淀、羧甲基离子交换层析(carboxymethyl-sephar ose,CMSepharose)再通过Su perdex-200凝胶过滤层析,从而获得电泳纯的β-木糖苷酶。该酶的比活力达到18.25 U/mg,纯化倍数为12.59,回收率为1.83%,分子质量为123.02 k D,亚基分子质量为61.51 k D。通过对β-木糖苷酶的酶学性质研究得到最适温度为65℃,最适p H值为4。该酶在25~55℃及p H 3.0~5.0的范围内有较好的稳定性;在最适条件下测得其米氏常数(K_m)值为0.28 mmol/L;甲醇、乙醇、异丙醇及十二烷基硫酸钠(sodium dodecyl sulfate,SDS)和Ag+对该酶具有抑制作用,Mn^(2+)和Co^(2+)对该酶具有一定的激活作用。

关键词：韭菜 β-木糖苷酶分离纯化酶学性质

反刍兽月形单胞菌β-木糖苷酶基因在毕赤酵母中的高效表达及酶学性质

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生物工程学报 2017年第5期33卷 785-795页

作者：付婷婷胡玮陈勇魏欢杨光新疆农业大学动物科学学院新疆乌鲁木齐830052

β-木糖苷酶(β-xylosidase,酶编号EC 3.***.1.37)是木聚糖降解酶系中的重要组成部分。本研究以毕赤酵母Pichia pastoris GS115为宿主菌尝试表达反刍兽月形单胞菌Selenomonas ruminantium中的β-木糖苷酶基因Sxa。根据毕赤酵母对密码子的... 详细信息

β-木糖苷酶(β-xylosidase,酶编号EC 3.***.1.37)是木聚糖降解酶系中的重要组成部分。本研究以毕赤酵母Pichia pastoris GS115为宿主菌尝试表达反刍兽月形单胞菌Selenomonas ruminantium中的β-木糖苷酶基因Sxa。根据毕赤酵母对密码子的偏爱性、mRNA二级结构、GC含量和稀有密码子,对Sxa基因进行优化;通过基因合成技术获得了全长基因mSxa并构建重组酵母表达载体pPIC9K-mSxa;以BglⅡ酶切重组载体pPIC9K-mSxa,电击转化将m Sxa基因导入毕赤酵母GS115中,获得的转化子经过表型和遗传霉素G418抗性筛选、PCR鉴定,得到表达β-木糖苷酶基因的工程菌GS115-pPIC9K-mSxa;通过活性测定获得高效表达β-木糖苷酶的重组酵母,并对重组β-木糖苷酶的酶学性质进行了初步研究。结果表明,重组β-木糖苷酶的分子量约为66 kDa。在发酵罐水平表达的酶活性达到了287.61 IU/mL。对酶学性质研究显示,该酶在温度为40-60℃,pH为5.0-7.0时较稳定,其最适反应温度和pH分别为55℃和6.0,专一性地作用于β-木糖苷键。Mn^(2+)和Ca^(2+)对该酶具有激活作用,而Fe^(3+)、Cu^(2+)、Co^(2+)、Mg^(2+)、EDTA及SDS抑制其酶活性。本研究首次将反刍兽月形单胞菌的β-木糖苷酶基因转化到毕赤酵母中获得表达,并具有较高活性,为进一步工业化应用奠定了基础。

关键词：反刍兽月形单胞菌 β-木糖苷酶毕赤酵母异源表达酶学性质