纤维素酶简介

1引言
纤维素是世界上蕴藏量最丰富的天然高分子化合物，绝大多数由绿色植物通过光合作用合成。

微生物对纤维素的降解、转化是自然界中碳素转化的主要环节。

纤维素酶是降解纤维素生成葡萄糖的多组分酶的总称。

目前，纤维素酶产品广泛应用于纺织、饲料、酿造、制药、造纸等行业，尤其是在纺织行业的应用范围目前正在不断扩大。

2纤维素酶
纤维素酶的研究最早是1906年Seilliere在蜗牛的消化液中发现了分解纤维素的纤维素酶。

纤维素酶是能水解纤维素β-1，4-葡萄糖苷键，使纤维素变成纤维二糖和葡萄糖的一组酶的总称，它不是单一酶，而是起协同作用的多组分酶系。

纤维素酶的来源非常广泛，昆虫、软体动物、原生动物、细菌、放线菌和真菌等都能产生纤维素酶。

主要的有：康氏木霉、里氏木霉、黑曲霉、斜卧青霉、芽孢杆菌等。

丝状真菌产生的纤维素酶一般在酸性或中性偏酸性条件下水解纤维素底物，而嗜碱细菌产生的纤维素酶在碱性范围起作用。

纤维素酶分子是由球状的催化结构域(CD)通过一个富含脯氨酸或羟基氨基酸的连接桥(Linker)和纤维素结合结构域(CBD)三部分组成。

连接桥的作用可能是保持CD和CBD之间的距离。

纤维素结合结构域执行着调节酶对可溶和非可溶性底物专一性活力的作用，对酶的催化活力是非常必需的。

催化作用域的三维结构极其复杂，对酶的催化活力起决定作用。

[1，4]
3纤维素酶对纤维素的作用机理
目前，一种理论认为：纤维素酶水解纤维素是β-1，4-内切葡聚糖(纤维二糖水解)酶(EG，Endo-β-Glucanase)，β-1，4-外切葡聚糖(纤维二糖水解)酶(CBH，Cellobiohydrolase)和β-葡萄糖苷酶(BG，β-Glucosidase)协同作用下进行的。

首先，EG酶随机水解切断无定型区的纤维素分子链，使结晶纤维素出现更多的纤维素分子基端，为CBH酶水解纤维素创造条件，CBH酶的水解产物纤维二糖则由BG酶水解成葡萄糖，因而纤维素酶水解纤维素的过程可以简单表示为：EG→CBH→BG。

目前的研究表明，EG酶实际上至少包括EGⅠ、EGⅡ、EGⅢ和EGⅤ四种，CBH至少包括CBHⅠ和CBHⅡ两种。

另外一种理论认为：纤维素酶是由葡聚糖内切酶(Cx酶)、葡聚糖外切酶(C1酶)、β-葡萄糖苷酶三个主要成分所组成的诱导型复合酶系。

其中C1酶起水化作用，它作用于不溶性的固体表面，使形成结晶结构的纤维素链开裂，长链分子的末端部分游离，从而使纤维素链易于水化。

Cx酶随机水解非结晶纤维素、可溶性纤维素衍生物和葡萄糖的β-1，4-寡聚物，葡萄糖苷酶将纤维二糖和纤维三糖水解成葡萄糖。

该假说的基本降解模式如下：
结晶纤维素-C1→无定形纤维素-Cx→纤维二糖-β-葡萄糖苷酶→葡萄糖
此外，Coughlan认为结晶纤维素的降解是一个多步骤过程，并认为原初反应即无序反映(Amorphogenesis)使纤维素的结晶状态发生改变，便于随后的纤维素水解。

还有学者认为纤维素的降解中存在短纤维形成现象，他们认为天然纤维素首先在一种非水解性质的解链因子或解氢键酶作用下，使纤维素链内或链间的氢键打开，从而形成短纤维。

[1，2，3，4]。