[發明專利]一種嗜堿鏈霉菌及其產生的中性內切葡聚糖酶和應用

有效

• 申請號: 201510034112.3
• 申請日: 2015-01-23
• 公開（公告）號: CN104673713B
• 公開（公告）日: 2017-10-20
• 發明（設計）人: 劉森林;區曉陽;邢苗;陳偉釗
• 申請（專利權）人: 深圳大學
• 主分類號: C12N1/20
• 分類號: C12N1/20;C12N9/42;C12R1/465
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司44245
• 代理人: 裘暉

技術領域

本發明屬于生物技術領域，特別涉及一種嗜堿鏈霉菌及其產生的中性葡聚糖酶和應用。

背景技術

纖維素是植物纖維的主要成分，約占其干重的30～50％，是目前分布最廣的天然碳水化合物，也是地球上最豐富、最廉價的可再生資源。隨著世界人口的激增、全球經濟的飛速發展、糧食的短缺和石油、煤炭和天然氣等不可再生資源正以驚人的速度減少，可再生纖維素資源的開發利用已引起全世界的普遍關注，成為世界各國研究的重大課題。纖維素酶的研究為此開辟了一條廣闊的途徑，特別是近10年來，隨著現代生物技術迅速發展，基因重組技術及其一系列分子生物學技術的應用，使這一領域的研究更為深入，并在應用上將顯示出其潛在的價值。

纖維素酶(cellulase)是降解天然纖維素生成纖維素分子鏈、纖維二糖和葡萄糖的一組酶的總稱。所以，纖維素酶不是單一成分的酶，而是一組酶系的總稱。目前根據其催化功能的不同，普遍認為纖維素酶可分為由三類不同水解功能的酶組成：內切葡聚糖酶，外切葡聚糖酶，β-葡萄糖苷酶。

I、內切型葡萄糖苷酶(endo-1,4-β-D glucanase，EC3.2.1.4，簡稱EBG)，也稱Cx酶、CMC酶、EG。這類酶作用于纖維素分子內部的非結晶區，隨機識別并水解β-1,4-糖苷鍵，將長鏈纖維素分子截短，產生大量非還原性術端的小分子纖維素；

II、外切型葡萄糖苷酶(exo-1,4-β-D glucanase，EC3.2.1.91)，也稱C1酶、微品纖維素酶、纖維二糖水解酶(cellobiohydrolase，簡稱CBH)，這類酶從纖維長鏈的非還原性末端水解β-1,4-糖苷鍵，每次切下一個纖維二糖分子；

III、β-葡萄糖苷酶(β-glucosidase，EC3.2.1.21，簡稱BG)又稱纖維二糖酶，它能水解纖維二糖以及短鏈的纖維寡糖生成葡萄糖，對纖維二糖和纖維三糖的水解很快，隨著葡萄糖聚合度的增加水解速度下降，這種酶的專一性比較差。

纖維素的降解必須依靠三種組分的協同作用才能完成。外切β-葡聚糖苷酶從纖維索的非還原多聚體末端水解1,4-β-糖苷鍵，將天然纖維素分解為直鏈纖維素，使其轉變成水合非結晶纖維素；內切β-葡聚糖苷酶則水解纖維素的內在糖苷鍵，將直鏈纖維素內部切斷，分解為纖維二糖和纖維寡糖；而β-葡萄糖苷酶則將纖維二糖分解成兩個葡萄糖單位。

科學技術的日新月異，電子順磁共振和頻域熒光技、串聯質譜儀、X-射線、傅立葉紅外光譜儀等技術在纖維素酶結構研究方面的應用，使纖維素酶的結構越來越清晰的擺在人們面前，這也更有利于研究者們進一步的詮釋纖維素酶的功能。在一級結構和三維結構的研究中人們發現，纖維素酶分子普遍具有類似的結構，全酶分子呈蝌蚪狀，由具有獨立活性的兩個結構域和連結序列構成大多數纖維素酶都有由一個或多個催化結構域(catalytic domain,CD)和纖維素結合區(cellulose binding domain，CBD)組成，中間由一段可辨認的連接肽(linker peptide)所連接，只有少數微生物和高等植物產生的纖維素酶不具有這類結構域，如Trichoderma reesei EG的EG3就沒有CBD結構域。同時還發現T.reesei的EGI和CBHI、腐殖菌屬(Humicola spp.)的Humicola insolens的EGV、纖維單胞菌屬(Cellulomonas.fum)的CenEG在沒有CBD的情況下仍然能水解纖維素，說明對于有些外切或內切酶來說，CBD的結構在水解纖維素的過程中并不是不可缺少的。

催化結構域呈球形，主要體現酶的催化機制和對水溶性底物的特異性。內切酶的活性中心位點存在于一個開放的裂口(cleft)中，它可與纖維素鏈的任何部位結合并切斷纖維素鏈；外切酶的活性中心位點存在于一個隧道(tunnel)內部，它從纖維素鏈的非還原末端切下纖維二糖。最先被闡明的催化結構域是T.reesei的CBHII的催化域結構，它是α/β由組成的筒狀結構：由5個α螺旋和7條β鏈組成，活性部位由兩個延伸至表面的環(loop)形成一個隧道狀(tunnel)結構，長度大約2nm，包含4個結合位點，水解糖苷鍵發生在第2和第3結合位點之間。