纤维素酶类糖苷水解酶及其降解机理共56页
纤维素酶降解纤维素机理的研究进展
１ 纤维 素 酶 降解 纤 维 素 的 作 用机 理
１１ 纤维 素 的分子 结构 ．
纤维 素（ｅ ｕ ｓ） 由Ｄ 吡喃 型葡萄糖 基经 Ｃ ｌ ｌ ｅ是 ｌｏ 一 Ｄ１４ ．， 糖苷键联结而成的直链多糖 ｌ ． ６ 直链状大分 ， 子纤维素折迭起来 ， 形成具有高结晶的基本构成单 位， 由这种基本构成单位集 中起来构成微小的结构 单位 ，再 由很多的微小单位构成纤维素 ． ］
维普资讯
第２ Ｏ卷 第 １ 期
２０ ０ ７年 ３月
宁 波 大 学 学 报 （理 工 版 ）
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纤维素是地球上最丰富的多糖化合物 ， 广泛存 在于如树杆等植物中， 有资料表明， 全世界每年生
产纤 维素 及半 纤维 素 的总量 为 ８０亿吨 ｌ．但大 部 ５ Ｉ Ｊ
尚不清楚 ， 使得 目 前纤维素酶对天然纤维素降解效 率较低 ， 从而使纤维素酶降解纤维素的工业化应用 无法实现规模化． 因此 ， 进一步了解纤维素酶降解 纤维素的机理有助于提高纤维素的酶解效率 ， 是更 加有效地利用纤维素资源的重要途径．
刚性结构 ， 以及纤维素酶对纤维素的降解机制研究
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。
纤维素酶 ppt课件
纤维素酶的发酵
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。据 估计，地球纤维素每年通过光合作用的更新量约 为4.0X 1010吨。
• 纤维素是地球上最丰富的多糖物质，是植物细胞 壁的主要组分，占植物秸秆干重的l／3～l／2，也 是自然界存在的最多的一类可再生生物聚合物。
纤维素酶理化特性
三：最适温度
• 酶反应存在一个最适温度。一般纤维素酶的最适 温度范围为40—60℃。纤维素酶各组分热稳定性 也存在差异，内切酶(Cx)的最适温度为50～60℃， 热稳定性好，在95℃时仍保留一般的酶活性；不 同来源的β—葡萄糖苷酶的最适温度均为50～60 ℃ 。然而有研究报道，β—葡萄糖苷酶具有很高 的耐温性，在50℃保温60h，仍保持95%以上的 活性，最适温度为70℃。也有报道，康宁木霉中 的外切酶(C1)具有特殊的热稳定性，其最适温度 为40～60℃。
纤维素酶的发酵工艺
一:固体发酵工艺
• 1 固体发酵工艺特点: 固体发酵法又称麸曲培养法，是
以秸秆粉、废纸、玉米秸秆粉为主要原料，拌入种曲 后．装入盘或帘子上，摊成薄层(厚约1 cm)，在培养室一 定温度和湿度(RH 90％一100％)下进行发酵。 • 其主要特点是发酵体系没有游离水存在，微生物是在有足 够湿度的固态底物上进行反应，发酵环境接近于自然状态 下的微生物生长习性，产生的酶系更全，有利于降解天然 纤维素，且投资低、能耗低、产量高、操作简易、回收率 高、无泡沫、需控参数少、环境污染小等。但固体发酵法 易被杂菌污染，生产的纤维素酶分离纯化较难．且色素不 易去除。
纤维素酶理化特性
一：分子量
• 不同来源、不同组分的纤维素酶分子量差别较大，其变化 范围很广。
糖苷水解酶7家族蛋白在纤维素降解中作用的研究进展
微生物学杂志2020年2月第44卷第5期JOURNAL OF MICROBIOLOGY Dec.2420Vol：44No：2113糖苷水解酶7家族蛋白在纤维素降解中作用的研究进展高小晓，孟虹，李蓉*，李宪臻(大连工业大学生物工程学院，辽宁大连26534)摘要糖苷水解酶7家族(glycoside nyPoPso family,GH7)是一类来源于真菌的水解酶，作用于纤维素结晶区或不定形区的0-1,4-键，可用于高效降解纤维素转化为可发酵的糖。
GH7的成员具有高度保守序列以及相似三维结构，其催化结构域是由多个loop区围绕反向平行的0-折叠形成的0-三明治结构。
目前已有4个GH7成员的结晶结构得到解析，明确了酶的结构与催化功能之间的关联，对GH7的来源及分类、蛋白序列、结构特征与催化纤维素降解功能关系的研究进展进行阐述。
关键词糖苷水解酶7家族蛋白；纤维素酶结构；纤维素降解；內切葡聚糖酶；外切葡聚糖酶中图分类号Q939.29文献标识码A文章编号445-742((2424)46-412-45doi：4.3969/L issu.445-7441.2020.46.44Advances in Cellulose Degradation by Glycoside Hydrolase Family7ProteinsGAO Xino-xPo,MENG Hony,LI Rony,LI Xinn-zho(Schi.of Bio-Engin.,Dalian Polyiech.Uni.,Dalian22234)AbstrocO Glycoside n yPoPso7family poWius are a Uind of fungal-Perived nyPoPses acting ox02,4-4oxd cestal-Uue co amorphous regioxs of cellulose and car be used to eOicieu/p degrade cellulose and convert into fermeutadle suyao Members of the GH7family have highly coxseeed seqneuces and similar mee-PimeusPhal structures：The cat-amtic domaic is a0Csandwich sNucture formed bp multiple loop regioxs aonod iuvewivep parallel p-FPs.A-pres-eut,the costal sNuctures of17the GH7family poWic have beeu resolved,the oPtWxship betweeu the sNucture of the enzyme and its cataptic fuucboxs was explicit：The advauces iu glycoside hyPoPse7family poWics aPoot the ow igic as well as cPssifica/ox,the poWic seqneuce,the stocmel chaecW/s/cs and the fuucboxal rePFoxs of cellulose degradaFox were expaFateP iu this article：KegWOrOt glycoside hyPomse7family poWius;ceUuPse sNucture；cellulose degradatiox；eudogincabaso;exogp-canase天然纤维素是由葡萄糖单元以0-24-键连接组成的一类大分子多糖物质，结构上具有无序（不定形）和高度有序（结晶）区域。
纤维素酶降解纤维素的机制及其在畜牧业中的应用
一一一一一下半月1纤维素酶的分子结构及作用特征1906年，Seilliere 发现蜗牛的消化液能够水解棉花纤维素并产生葡萄糖，这是人类首次发现纤维素酶；1933年，Grassman 等研究了一种真菌的纤维素酶系，分离出两个组分，这是人们首次从真菌中分离出纤维素酶，此后纤维素酶的研究和应用便逐步受到世界各国的普遍关注。
纤维素分解酶是一种多组分的复合酶系，是能够将纤维素降解转化生成葡萄糖的一组酶的总称。
纤维素酶主要通过水解作用，使连接葡萄糖分子的β-l ，4-糖苷键断裂，最终将纤维素分解成单个的葡萄糖分子。
诸多研究普遍表明，纤维素的完全降解至少需要三种酶，根据其催化作用不同，分为：①内切-β-1，4-葡聚糖酶（endo-β-1，4-glucanase ，EG ）：该酶是纤维素酶系中最重要的酶，由于此酶的活性经常由CMC 作为底物测量，因此也称CMCase 、Cx 酶。
这类酶主要作用于纤维素分子内部的非结晶区，随机水解β-l ，4-糖苷键，从而将纤维素长链分子截短，产生大量具有还原性末端的小分子纤维素。
②外切-β-1，4-葡聚糖酶（exo-β-1，4-glucanase ，CBH ）：这类酶可从纤维素分子的还原或非还原端切割糖苷键，每作用一次可生成一个纤维二糖分子，但是经过该酶充分作用的微晶纤维素则最终生成纤维糊精和纤维二糖，所以也叫纤维二糖水解酶（简称CBH ）或C1酶。
③β-1，4-葡萄糖苷酶（β-1，4-glucosidase ，BG ）：它能水解纤维二糖生成单个的葡萄糖分子，由于该酶不直接作用于纤维素，可以消除上述两种酶产物对水解反应的抑制作用，因此可快速水解纤维二糖和纤维三糖。
这三种酶功能虽不同，但具有互补作用的活性酶组分，三者以接力方式把长链纤维素逐步降解成短链，再降解成二糖结构，最后生成单糖，整个反应过程需要各种酶之间相互配合作用，缺一不可。
当然实际的纤维素酶系远不止三种，一些纤维素酶也不仅仅只参与纤维素降解的单个步骤。
纤维素酶水解作用机制
纤维素酶水解作用机制00000纤维素酶由三类组成1)内切葡聚糖酶(endo-1,4-β-D-glucanase,EC3-2-1-4,也称EG酶或Cx酶);(2)外切葡聚糖酶(exo-1,4-β-D-glucanase,EC3-2-1-91),又称纤维二糖水解酶(cellobiohydrolase,CBH)或C1酶;(3)β-葡萄糖苷酶(β-glucosidase,EC3-2-1-21),简称BG。
纤维素酶解是一个复杂的过程,其最大特点是协同作用。
内切葡聚糖酶首先作用于微纤维素的无定型区,随机水解β-1,4-糖苷键,产生大量带非还原性末端的小分子纤维素,外切葡聚糖酶从这些非还原性末端上依次水解β-1,4糖苷键,生成纤维二糖及其它低分子纤维糊精,在β-葡萄糖苷酶作用下水解成葡萄糖分子。
这种协同作用普遍存在,除了上述协同作用,还可以发生在内切酶之间,外切酶之间,甚至发生在不同菌源的内切酶与外切酶之间。
一般地说,协同作用与酶解底物的结晶度成正比。
纤维素酶优先作用于纤维素的无定形区域,对结晶纤维素有一定的降解,但难度较大"值得庆幸的是,通过研究,我们对结晶纤维素降解的作用机制已有了一定的认识在纤维素酶解的最初阶段,EG和CBH能引起纤维素的分散化和脱纤化,使纤维素结晶结构被打乱导致变性,纤维素酶深入到纤维素分子界面之间,使其孔壁!腔壁和微裂隙壁的压力增大,水分子介入其中,破坏纤维素分子之间的氢键,产生部分可溶性的微结晶。
纤维素酶中单个组分的作用机制与溶菌酶相似,遵循双置换机制。
2影响纤维素水解的主要因素2.1酶复合物的组分及其比例微生物产生的纤维素酶复合物不一定都有前述三类酶,而是因种类不同,差异较大。
酶复合物的组分及其比例决定了它对纤维素的水解程度,组分较齐,比例适当的酶复合物对纤维素的水解能力较强。
以研究得较多的菌种为例,丝状真菌能产生大量的纤维素酶(20g/L),三类酶都有,而且比例适当,一般不聚集形成多酶复合体,能降解无定纤维素和结晶纤维素。
第五章糖代谢-1-59页PPT资料
人类和高等动、植物都不能合成纤维
素酶类，因而自身都不能消化纤维素。反 刍动物之所以能以纤维素作为营养，是因 为其瘤胃中生存有大量纤维素微生物。
目前，国际市场上已经有纤维素酶的
工业酶制剂商品，可用于果蔬加工、洗涤 剂、饲料添加剂等方面。但是，从经济上 考虑，仍不能用于大规模处理植物纤维废 料回收葡萄糖。
微生物果胶酶制剂已被普遍用于果汁、果 酒澄清，提高果汁、菜汁出率等。
谢 谢！
高等动物，植物和绝大多数微生物都 能利用葡萄糖作为能源和碳源。因此，葡 萄糖的分解代谢，能量转化和物质转化规 律，具有生物学的普遍意义。
从发酵工程角度考虑，葡萄糖的无氧 和有氧代谢途径及调节机理，还涉及诸如 酒精、甘油、乳酸、有机酸、氨基酸等多 种发酵产品的产生机理和实现产品大量积 累的机理，因此，其实践意义亦很突出。
一、酵解与发酵的涵义 二、酵解途径的反应历程 三、酵解的生理意义 四、无氧条件下丙酮酸的去路
一、酵解与发酵的涵义
1．酵解 葡萄糖经1，6-二磷酸果糖和3-磷酸甘油酸
第一节 多糖的酶促降解 第二节 葡萄糖的酵解（EMP途径） 第三节 葡萄糖的有氧分解代谢 第四节 单磷酸己糖支路（HMP途径） 第五节 磷酸解酮酶（PK途径） 第六节 脱氧酮糖酸途径（ED途径） 第七节 葡萄糖分解代谢途径的相互联系
第一节 多糖的酶促降解
多糖分子不能进入细胞，动物或微生 物在利用多糖作为碳源和能源时，需要分 泌降解酶类，将多糖分子在胞外降解(即所 谓消化)成单糖或双糖，才能被细胞吸收， 进入中间代谢。
α-淀粉酶作用于淀粉时，随着粘度下降， 碘反应由蓝→紫→红→无色。
α-淀粉酶可以看作是淀粉酶法水解的先导 酶。大分子淀粉经其作用断裂，产生很多 非还原性末端，为β-淀粉酶或葡萄糖淀粉酶 提供了更多的作用点。因此，大凡采用酶 法工艺进行淀粉的工业水解转化者，都要 用α-淀粉酶开路。
纤维素酶
目前已成功地将柑橘皮渣酶解制取 全果饮料，其中的粗纤维有50％ 降解为短链低聚糖，全果饮料中的 膳食纤维，具有一定的保健医疗价 值
返 回
纤维素酶的功能
可激活内源酶的分泌，补 充内源酶的不足，保证动 物正常的消化吸收功能， 起到防病，促生长的作用 可提高纤维、半纤维 素 分解,有利于动物胃 肠道的消化吸
消除抗营养因子，促进 生物健康生长。可降低 粘度，增加内源酶的扩 散，促进饲料的良好消 化
功能
可直接降解纤维素，和其 他酶共同作用提高奶牛对 饲料营养物质的分解和消 化 具有维持小肠绒毛 形态完整，促进营 养物质吸收的功能
01
纤维素酶的结构 纤维素酶的原理
02
03
纤维素酶的功能 纤维素酶的应用
04
纤维素酶的结构
纤维素酶纤维素酶是一组能够降解纤维素生成葡萄糖的酶的 总称，属于四级结构，是一种复合酶。主要由外切β -葡聚糖 酶、内切β -葡聚糖酶和β -葡萄糖苷酶等组成。 大多数纤维素酶都有由一个或多个催化结构域（CD）和纤维素 结合区(CBD)组成，中间由一段可辨认的连接肽所连接，只有少数 微生物和高等植物产生的纤维素酶不具有这类结构域。
返 回
纤维素酶的原理
首 先
由葡聚糖内切 酶作用于微纤 维的非结晶区 ，使其露出许 多末端供外切 酶作用，纤维 二糖水解酶从 非还原末端依 次分解，，产 生纤维二糖
然 后
部分降解的纤 维素进一步由 葡聚糖内切酶 和外切酶协同 作用，分解生 成纤维二糖、 三糖等低聚糖 ，最后由β -葡 萄糖苷酶作用 分解成葡萄糖
纤维素水解
CH2OH C HO H H C C C OH H H O
CH2OH C C C C O O H OH
CH2OH C O OH OH H H C C H OH
+H2O
C
CH2OH
CH2OH
CH2OH
烯醇式结构
酮式结构
COOH OH H H C C C CH2OH H OH CH2OH
同碳二元醇
COOH C C C OH H OH
1 纤维素的酸水解
浓酸水解纤维素 的过程如下：
浓酸 纤维素 膨胀和溶 解
浓酸水分较少， 纤维素分解生成 的是寡糖，其中 主要是纤四糖
部分水解 生成低分 子多糖和 少量单糖
加水稀释 加热
进一步水解 生成单糖
单糖进一 步分解
100~200℃ 1~3h
缺点：酸必须回收，而且回用要经济上能过关，回收过程通常是高 成本的，要求防腐蚀的容器，体积也要较大。
2、主水解阶段，将纤维素水解成寡糖和葡萄糖单体的阶段；
3、后水解阶段，它是保证寡糖水解的阶段，而寡糖中主要是纤维四糖
寡糖和葡萄糖之间的比例则决定于所用酸的浓度
1 纤维素的酸水解
1.5 酸水解纤维素性质变化
1、DP降为200左右，成粉末状； 2、吸湿能力改变，先下降后上升； 3、碱溶能力增加， 4、还原性增强； 5、机械强度下降。
1 纤维素的酸水解
小结：酸水解整体成线理解 • 浓酸水解
纤维素 酸复合物 低聚糖 葡萄糖
• 稀酸水解
纤维素 水解纤维素 可溶性多糖 葡萄糖
纤维素多相水解所得残渣为水解
纤维素，所得溶液为低聚糖和单糖 溶液。在高温作用下，降解后的单 糖分解，成为有机酸，使得溶液显 酸性。
纤维素分解酶的分子生物学及其应用
纤维素分解酶的分子生物学及其应用纤维素是一种天然的多糖，存在于植物细胞壁中，是全球最广泛分布的生物质。
由于其结构复杂，所以很难被微生物降解利用，并因此成为生物质资源利用及能源开发中的限制因素。
而纤维素分解酶作为一种酶类，能够降解纤维素，将其转化为可利用的小分子有机化合物，因此被广泛应用在生物质资源的利用及生物制品的生产中。
本文将主要探讨纤维素分解酶在分子生物学及其应用中的相关知识。
一、纤维素分解酶的种类及特点纤维素分解酶包括纤维素酶、木聚糖酶、纤维素降解酶以及淀粉酶等，其中纤维素酶是最重要的。
纤维素酶按照降解纤维素的位置可分为内切型和末端型两类。
内切型纤维素酶能够在多聚糖内部随机切断β-1,4-糖苷键，从而生成低聚糖，其主要代表有EG(Eglucanase)和CBH(Cellulase)等酶；末端型纤维素酶则是在纤维素的末端分子上切断β-1,4-糖苷键，释放单聚糖，其主要代表有LPMO(Lytic Polysaccharide Monoxygenase)等。
纤维素酶作用的机理主要是通过优化其结构以提高其亲和力和降解效率。
在纤维素降解过程中，淀粉酶作用于纤维素基质表面，形成小的裂隙和孔隙，然后EG和CBH等酶就能够更好地进入到纤维素内部，将其降解为低聚糖。
而LPMO等酶则能提高EG和CBH等酶的切割效率。
二、纤维素分解酶的分子生物学纤维素分解酶的基因来源主要有原生质菌、放线菌、细菌、真菌等。
其中，真菌是最具代表性的一类来源，如曲霉属、木霉属等，其产生的纤维素酶种类最多，具有广泛的降解纤维素能力。
在分子生物学研究中，常通过原核表达系统和真核表达系统对纤维素分解酶进行合成。
在纤维素分解酶的基因组学中，深度测序技术被广泛应用，为分离纤维素酶基因提供了强有力的技术支持。
纤维素酶基因的开发与分离主要有两种途径：一是通过筛选真菌基因组数据库找出对应的纤维素酶基因；二是将相似酶基因互相比较，从而找出纤维素酶基因。
微生物纤维素酶及其降解纤维素机理的研究进展_王翾
・农艺探讨・微生物纤维素酶及其降解纤维素机理的研究进展王 翾(西安职业技术学院生物工程系,陕西西安 710077)摘 要:从微生物纤维素酶的来源、性质、分子结构及作用机理等四个方面详细概述了国内外微生物纤维素酶及其降解纤维素机理的研究现状,并提出微生物纤维素酶降解纤维素的研究方向,对今后在微生物纤维酶及其降解机理方面的进一步研究有重要的指导意义。
关键词:微生物纤维素;纤维素酶;降解 纤维素是地球上最丰富的多糖化合物,广泛存在于如树杆等植物中,全世界每年生产的纤维素及半纤维素总量在850亿t[1]。
将纤维素水解为小分子单糖,单糖再通过微生物发酵生产各种有用的产品,藉此有望有效利用这些源源不断的可再生碳水化合物资源,为当前人类面临的石油危机提供解决途径。
纤维素降解的关键是把纤维素水解为葡萄糖,即纤维素的糖化过程。
目前,对纤维素的糖化过程研究较多的是酸水解法、酶水解法[2-5]。
酸水解法糖化率低,高浓度强酸可有效水解纤维素,但其腐蚀性对人体有害,且所需工艺条件苛刻;酶法水解纤维素可在常温、常压条件下进行,有许多酸水解法无可比拟的优点,因此,用纤维素酶降解纤维素是纤维素降解的方向和趋势。
但是由于天然纤维素的结晶状、不溶性的刚性结构,以及纤维素酶对纤维素的降解机制研究尚不清楚,使得目前纤维素酶对天然纤维素降解效率较低,从而使纤维素酶降解纤维素的工业化应用无法实现规模化。
因此,进一步了解纤维素酶降解纤维素的机理有助于提高纤维素的酶解效率,是更加有效地利用纤维素资源的重要途径。
1 微生物纤维素酶的来源虽然纤维素酶的种类繁多,但大多数纤维素酶主要来自微生物。
产纤维素酶的微生物包括真菌、细菌和放线菌。
其中主要的有:康氏木霉、黑曲霉、斜卧青霉(Penicillium、芽孢杆菌等。
不同微生物来源的纤维素酶水解纤维素时对p H有不同的要求:丝状真菌产生的纤维素酶一般要求酸性或中性偏酸性条件,而嗜碱细菌产生的纤维素酶则只能碱性范围起作用。
纤维素酶概述 PPT
纤维素酶的概述
小组成员：牛 浩 李为珺 褚洪官 王龙伟
液体深层发酵生产纤维素酶
液体发酵法(SP)是指将微生物接种到液体培养基中进行培养的方法。液体发酵法分为液体表层发酵法和液体深层 发酵法。 纤维素酶液态发酵通常是将秸秆粉、玉米芯、麸皮等原材料经粉碎等预处理后进行高压蒸汽灭菌，然后送至发酵 罐内，同时接入纤维素酶菌种，从罐底部通入无菌空气进行物料的气流搅拌，发酵过程控制适宜的温度、pH 值等 发酵条件，其工艺流程如图 2 所示。
三、纤维素酶法处理改善纤维成纸性能
纤维素酶处理硫酸盐浆能够提高成纸的抗张指数；纤维素酶还能够提高薄页纸的柔软性；纤维素酶处理纸浆，还可改 善纤维压缩性，使纸页微孔性下降、密度提高、透明度提高。
在造纸行业的应用
四、抑制导管脱落
纤维素酶能够提高阔叶木导管的柔韧性 ，酶法处理能够使导管脱落程度降低 ,同时，纸浆的滤水性 、平滑度和抗张强 度都得到了提高。纤维素酶抑制导管脱落是由于减缓了前期结晶态纤维聚集的原因。
②固定化细胞
技术
②技术：具有减少对细胞的剪切 伤害，提高产物的制备效率，提 高产品收率，方便产物回收，同 时可降低产物的生产成本，实现 连续化生产等优点。
①固-液交替
新型发酵工 艺
③技术：操作简单，且可以提高发酵效率甚至形成新产 品，从而取得与复杂 DNA 体外重组技术类似的效果。 进行混菌发酵时，由于不同菌种产生的纤维素酶系不同， 除了可以对酶的各组分进行补充优化，混菌发酵还能减 弱一些发酵过程中的抑制作用。
纤维素酶对纤维素的作用机理及其在纺织上的应用
纤维素酶对纤维素的作用机理及其在纺织上的应用
纤维素酶（Cellulase）是一种对纤维素可以发挥作用的酶，它可以将纤维素分解成葡萄糖，从而被有机体完全吸收。
纤维素酶的作用机理及其在纺织上的应用被广泛研究，因此本文将首先简要介绍纤维素酶的作用机理，然后详细介绍纤维素酶在纺织上的应用。
纤维素酶是由微生物产生的，主要由细菌、酵母、真菌、藻类以及有机体产生的多种酶组成。
纤维素酶把多糖类物质（如纤维素）由其分子中间的碳链开始分解，这种分解的过程中，酶会将每一小段糖的键结分离，并分解成单糖，其中最常见的是葡萄糖。
而纤维素酶的反应速度受温度、PH值、酶度、添加物和糖类物质的种类等因素的影响。
纤维素酶在纺织上的应用被广泛研究。
在棉、麻纤维素降解中，纤维素酶可以有效地降解纤维素，使其纤维变得柔软，使穿着更加舒适。
纤维素酶也可以用于去除棉纤维的表面污渍以及除去棉纤维表面上的粘贴剂和印染剂。
此外，纤维素酶也可以用于制造拉链、缝纫线、针织物等，减少纤维之间的磨擦，使缝纫更加牢固。
综上所述，纤维素酶是一种非常有用的生物酶，其作用机理是将纤维素分解成单糖，从而可以被有机体完全吸收。
此外，纤维素酶还可以广泛应用在纺织工业中，在棉、麻纤维素降解、除去洁棉中可以起到极佳的作用，而且也可以彩印起到抗污染，节约材料，提高工作效率等多方面的作用，同时也可以制作拉链、缝纫线、针织物等，提高了纺织品的质量。
因此，研究和开发纤维素酶将有助于改善纺织工业的生产效率，同时也有助于更好地利用和分解纤维素，保护环境，减少污染。
纤维素的催化机制
纤维素的催化机制篇11.探索纤维素的催化奥秘纤维素，作为地球上最丰富的有机聚合物之一，一直以来都是科研领域的重点关注对象。
其在生物能源、材料科学等诸多领域都具有巨大的应用潜力。
而深入探究纤维素的催化机制，对于实现其高效转化和利用，具有至关重要的意义。
纤维素的催化原理复杂而精妙。
从化学层面来看，纤维素的催化过程主要涉及到化学键的断裂和重组。
纤维素分子由大量的葡萄糖单元通过β-1,4-糖苷键连接而成，要实现其转化，就需要打破这些坚固的化学键。
催化剂在此过程中发挥着关键作用，它们能够降低反应的活化能，使反应更容易进行。
在相关的化学反应过程中，水解反应是常见的一种。
通过特定的水解催化剂，如酸或酶，能够将纤维素分子中的糖苷键逐步水解，从而释放出葡萄糖单体。
以酸催化为例，浓硫酸等强酸可以有效地促进纤维素的水解，但同时也可能带来副反应和设备腐蚀等问题。
而酶催化则具有较高的选择性和温和的反应条件，但酶的成本较高且稳定性有待提高。
影响纤维素催化效果的因素众多。
首先是催化剂的种类和性质。
不同的催化剂具有不同的活性中心和催化机制，因此对纤维素的作用效果也各不相同。
例如，金属催化剂如钯、铂等在加氢反应中表现出色，能够将纤维素转化为多元醇等高附加值产品。
其次，反应条件如温度、压力、反应时间等也对催化效果产生显著影响。
过高或过低的温度、压力可能导致催化剂失活或反应不完全。
再者，纤维素的来源和结构也不容忽视，不同来源的纤维素其结晶度、聚合度等存在差异，从而影响其与催化剂的相互作用。
为了更清晰地说明不同催化剂在纤维素转化中的作用和效果，我们以纤维素加氢转化为山梨醇为例。
使用钯碳催化剂，在适当的温度和压力下，纤维素的转化率可以达到80%以上，山梨醇的选择性也能达到较高水平。
而当采用镍基催化剂时，虽然成本较低，但转化率和选择性可能相对略逊一筹。
目前，纤维素催化机制的研究取得了一定的进展。
众多科研团队在催化剂的设计与合成、反应工艺的优化等方面不断探索和创新。
纤维素类材料及降课件
2.3.3 建筑级纤维素
建筑干混沙浆用甲基纤维素等4种产品标准 1、甲基纤维素 2、羟乙基纤维素 3、羟乙基甲基纤维素 4、羟丙基甲基纤维素
2.4 纤维素材料的优势:
其一, 纤维素大分子链上有许多羟基, 具有较强的 反应性能和相互作用性能, 因此, 这类材料加工工 艺比较简单、成本低、加工过程无污染。 其二, 该材料可以被微生物完全降解, 这与利用淀 粉与聚烯烃共混所制得的生物降解材料不同, 因 为对于后者, 淀粉可以被生物降解, 但聚烯烃却不 能或很难被生物降解。 其三, 纤维素材料本身无毒。因此, 纤维素为基质 材料的潜在使用范围将非常广泛。
2.2.1 木质素纤维的优点
木质素纤维是天然木材经过化学处理得到的有机 纤维，外观为棉絮状，呈白色或灰白色。通过筛 选、分裂、高温处理、漂白、化学处理、中和、 筛分成不同长度和粗细度的纤维以适应不同应用 材料的需要．由于处理温度高达250℃以上，在 通常条件下是化学上非常稳定的物质，不为一般 的溶剂、酸、碱腐蚀，具有无毒、无味、无污染、 无放射性的优良品质，不影响环境，对人体无害， 属绿色环保产品，这是其它矿物质素纤维所不具 备的。纤维微观结构是带状弯曲的，凹凸不平的， 多孔的，交叉处是扁平的，有良好的韧性、分散 性和化学稳定性，吸水能力强，有非常优秀的增 稠抗裂性能。
4.2 纤维素材料的展望
20世纪是能源、材料与环境保护和人体健 康即环保保健相互联系的世纪 开发生物可降解材料是大势所趋，它是解 决当前“塑料垃圾”问题的有效途径，而 多糖类完全可生物降解材料的开发则具有 更加光明的前景。
谢 谢 ！
2.5.1纤维素的其它应用
药用辅料乙基纤维素等12种产品标 准 007乙基甲基纤维素 0008乙基纤维素 0008-1乙基纤维素水混悬液 0011乙基羟乙基纤维素 0167甲基纤维素 167-1 0508粉状纤维素 0514羟乙基甲基纤维素 0515羟乙基纤维素 0517羟丙基甲基纤维素 0519羟丙基纤维素 0632羧甲基纤维素钠
纤维素酶类糖苷水解酶及其降解机理
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厌氧细菌纤维素酶的结构与功能
4.4.3.1典型的纤维小体外切酶（或持续性 内切酶）的空间结构
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厌氧细菌纤维素酶的结构与功能
4.4.3.2典型的纤维小体内切酶的空间结构
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Figure 4.4.3 Structural comparison of (α/α)6 glycosyl hydrolases
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纤维素酶持续性降解结晶纤维素的动态催化过程
4.6.1 纤维素酶分子-底物之间的结合过程
① ② ③ ④ ⑤ ⑥
纤维素酶通过结合结构域吸附到底物上； 定位于底物表面上特定的化学键上； 形成酶-底物复合物； β-糖苷键的水解，同时酶分子沿着纤维素链前进； 纤维素酶从底物脱吸附，或重复第4步，当催化结 构域离开纤维素链时重复第2、3步； β-葡萄糖苷酶水解纤维二糖形成葡萄糖。 反应过程存在产物的抑制，及底物结构变化对酶分 子催化过程的影响等因素。
3
4.2 纤维素酶系统的组成
根据各酶的功能可分为三大类： (1)内切葡聚糖酶（endo-1,4-β -Dglucanase,EC.3.2.1.4, 来自真菌的简称 EG ，来自细菌的简称Cen）,这类酶作 用于纤维素分子内部的非结晶区，随机水解 β -1，4-糖 苷键,将长链纤维分子截断,产生大量非还原性末端的小 分子纤维素。 (2)外切葡聚糖酶(exo-1，4-β -D-glucanase，EC.3.2.1.91， 又称纤维二糖水解酶，来自真菌简称CBH，来自细菌简称 Cex。）这类酶作用于纤维素分子的非还原端,依次水解 β -1,4-糖苷键,每次切下一个纤维二糖分子。
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厌氧细菌纤维素酶的结构与功能
4.4.6 纤维小体基因在基因中的分布规律
纤维素酶演示文稿
第24页，共29页。
α纤-淀维粉素酶酶的液固态态深发层酵发生酵产生产
工艺操作
②发酵罐培养
发酵培养基为（质量分数,％）：稻草粉5、麸皮0.5、蛋白胨 0.3、 (NH4)2SO4 1、KH2P04 0.4、CaCl2·2H2O 0.2，MgSO4·7H2O 0.03，Tween-80 0.02，pH 5.5～6.0。121℃下灭菌30min，冷却 后，接入种子罐培养物，于28～30℃下培养96~120h。
第17页，共29页。
纤维素酶的固态发酵生产
工艺操作
①种子培养
将适量培养基装入大三角瓶，灭菌后，取里氏木霉斜面孢子或事
先制成的孢子悬液接入三角瓶,摇匀,置于28~30℃培养3~4d，至培 养料长满孢子为止。视生产规模而定，三角瓶中的种子培养 物可再扩大培养一级，至曲盘种子，曲盘所用培养基及培养 方法同三角瓶，只是用三角瓶培养物接种。
第9页，共29页。
一、纤维素酶的特性及来源
纤维素酶来源 纤维素酶来源非常广泛，昆虫、软体动物、微生物(细菌、
放线菌、真菌等)都能产生纤维素酶，如白蚁、小龙虾等能产生完 全不同有强大的纤维素降解酶系。
微生物发酵方法是纤维素酶大规模生产最有效途径。
形区的纤维素分子链，使结晶纤维素出现更多的纤维素分子基端，为
CBH酶水解创造条件，然后CBH酶作用于纤维素末端基释放出纤 维二糖，纤维二糖再由CB酶水解成葡萄糖，在上述三类酶的协同
作用下完成对纤维素的降解。因此，纤维素的完全降解有赖于这三类 酶的合适的比例，比例不当时会显著影响它们对纤维素的降解活力。
生长环境粗放、酶易提取、且菌株安全无毒。
第13页，共29页。
二、纤维素酶的生产
纤维素酶的生产通常采用固态发酵和液体深层发酵两 种工艺。
纤维素酶类糖苷水解酶及其降解机理
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4.2 纤维素酶系统的组成
(3)β-葡萄糖苷酶(β-glucosidase,EC.3.2.1.21, 简称 BG）,这类酶水解纤维二糖和短链的纤维寡 糖生成葡萄糖。对纤维二糖和纤维三糖的水解很 快，随着葡萄糖聚合度的增加水解速度下降。
根据纤维小体上脚手架蛋白的数量，可以被分为两类: 第一类：解纤维梭菌、食纤维梭菌、约氏梭菌、丙酮丁醇梭
菌、等嗜温梭菌产生的纤维小体。只发现了Ⅰ型的粘连 模块和对接模块。（6~9个） 第二类：热纤梭菌、解纤维醋弧菌、黄色瘤胃球菌和溶纤维 素拟杆菌。复杂程度高。
有限资料表明，纤维小体的组成和分布会受到碳源的 影响，另外纤维小体的某些结构蛋白和催化组分基因的
28 表达也受到生长速率的影响。
厌氧细菌纤维素酶的结构与功能
4.4.5纤维小体的多样性
图4.5
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厌氧细菌纤维素酶的结构与功能
4.4.5纤维小体的多样性
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厌氧细菌纤维素酶的结构与功能
4.4.5纤维小体的多样性
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厌氧细菌纤维素酶的结构与功能
4.4.6 纤维小体基因在基因中的分布规律
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厌氧细菌纤维素酶的结构与功能
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厌氧细菌纤维素酶的结构与功能
4.4.7 微型人造小体的研究进展
与天然纤维小体相比，有三个主要的不同之处： 1）含有酶的数量有限。 2）是同源性的。 3）每个酶在微型手脚架蛋白上的位置是受到控制的。
未来前景包括构建新的杂交手脚架蛋白，使之能够将 三个或多个不同的酶结合到特定位点上。嵌合体的稳 定性也是影响它将来工业化应用的一个因素。