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纤维素酶在动物营养中的应用.docx

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2024-10-24 15:00

PAGE PAGE 1 纤维素酶在动物营养中的应用纤维素酶在动物养分中的应用自从1906年Seiiliere在蜗牛的消化液中发觉能够分解天然纤维素的纤维素酶以来，纤维素酶的研究受到动物养分界的普遍关注，尤其是近年来随着生物工程技术的发展，对纤维素酶生产和应用的研究取得了一定成果。纤维素酶的种类纤维素酶按其来源可分为真菌源性纤维素酶和细菌源性纤维素酶两种。细菌源性地纤维素酶来源于分解纤维素的细菌，如瘤胃细菌（黄化瘤胃球菌、白色瘤胃球菌等）和热纤梭菌等，产量和活性较低。真菌源性纤维素酶来源特别广泛，全部能分解晶体纤维素的真菌，均能或多或少地分泌纤维素酶。目前，国内外工厂化生产采用的菌种大多数是木霉、曲霉和青霉等。生产高质量纤维素酶的关键是高产菌株的选育，我国自20世纪70年月就开头了这方面研究，目前已利用现代生物工程技术进行诱变培育，选育出了康代木霉NT15－H、NT15—HI、黑曲霉XT15—H、XT15—HI、绿色木霉等高产菌株，并投入工厂化生产。纤维素酶的组成纤维素酶是一种多组分的酶系，采用各种层析、电泳等技术可将纤维素酶分成不同的组分。就目前研究结果看，至少包括三类性质不同的酶。内切β-1，4-葡聚糖酶来自真菌简称EG，来自细菌简称Len。这类酶一般作用于纤维素内部的非结晶区，随机水解β-1，4-糖音键，将长链纤维素分子截短，产生大量带非还原性末端的小分子纤维素如纤维糊精、纤维二糖、纤维三糖等。外切β-1，4—葡聚糖酶来自真菌简称CBH，来自细菌简称Cex。此类酶可从纤维素酶的非还原末端一个一个地依次切下葡萄糖单位，产物为α一葡萄糖。该酶对纤维寡糖的亲和力强，能快速水解内切酶作用产生的纤维寡糖，其专一性较强。 β-葡萄糖着酶简称BG。该酶可水解纤维二糖和短链纤维寡糖生成葡萄糖。对纤维二糖和纤维三糖的水解很快，随葡萄糖聚合度的增加水解速度下降。该酶的专一性差，实际上可作用于全部的葡萄糖β-二聚物。三类酶的协同降解机制。上述三类纤维素酶在分解纤维素时，任何单独一种都不能裂解晶体纤维素，只有三种酶共同存在并协同作用时才能完成水解过程。一般来说，外切酶作用于不溶性纤维素的表面，使形成晶体结构的纤维素分子链裂开，长链分子末端部分发生游离，从而使纤维素易于水化；内切酶则作用于经外切酶活化的纤维素，分解其β-1，4-糖苷键，产生纤维二糖、三糖等短链低聚糖；β-葡聚糖苷酶再将纤维二糖、纤维三糖等分解为葡萄糖。应当指出，该协同降解作用的顺序不是肯定的，而且各酶的功能也不是这样简洁固定的。纤维素酶的理化性质不同来源的纤维素酶理化性质不尽相同。同一菌株产生的同一酶在不同报道中也存在一定的差异。如报道的来源于拟氏木霉的β-葡萄糖苷酶的最适pH值为6.5，在40℃下最稳定，以纤维H糖为底物的Km为33nunol／l，分子量为98KD，据研究者描述的拟氏木霉来源的β-葡萄糖甘醇的分子量为47KD，等电点（PI）为5．47。多数真菌和少数细菌的纤维素酶都可糖基化。糖基与蛋白质间以共价键结合，或呈可解离的络会状态。糖基化作用在一定程度上可保护纤维素酶免受蛋白酶的水解，同时，纤维素酶由于糖基化使其所含碳水化合物比例在不同酶之间发生差异，导致酶的多形式和分子量的差异。真菌的EG包括两种异构酶EGI和EGlll。EGI的等电点为4．2，分子量为54KD，由437个氨基酸组成。EGHl的等电点为4．8～5．6，分子量为49．SKD，由397个氨基酸组成。木霉的CBH的异构酶为CBHI和CBHI。其中CBHI的等电点为4．2，分子量为66KD，由496个氨基酸组成。CBHI的等电点为59，分子量为53KD，由447个氨基酸组成。BG的等电点为7．5～8．5，分子量为70KD～80KD，由714个氨基酸组成。纤维素酶的基因克隆和高效表达迄今为止，人们已经从40多种细菌和数种真菌中克隆到了纤维素酶的基因，其中大多数的核苷酸序列已被测定。大多数克隆的纤维素酶基因能够在E．coli中表达出可检测的EG和CBH活力。利用重组大肠杆菌高效表达了来源于菊欧文氏菌的内切β-1，4-葡聚糖酶基因celZ。但在大肠杆菌中表达纤维素酶基因存在两个问题，一是不易提取，二是表达水平低。为此，人们将目光转向了真核表达系统。目前，应用较多的是酵母表达系统。酵母作为一般传统的工业微生物不产生毒素，用其表达纤维素酶基因，其产物高度糖