生物传感器检测纤维素酶活性及基因表达.pdf

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1、中国生物工程杂志ＣｈｉｎａＢｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００９，２９（１）：８６～９２生物传感器检测纤维素酶活性及基因表达尹娟袁兴中汤琳（湖南大学环境科学与工程学院长沙４１００８２）摘要纤维素酶是一类具有多组分的复杂酶系。纤维素酶及其水解木质纤维原料的作用机制、木质纤维原料酶水解动力学等领域的研究仍需要更深层次的分析探讨，从而完善对纤维素酶的研究与认识。随着生物化学、分子生物学技术以及基因工程等多门交叉学科的快速发展，如何进一步阐明纤维素酶的结构与功能，明确纤维素酶的基因表达与调控的关系，并由此拓展

2、更多更好的研究方法、手段，在纤维素酶的研究方面将具有重要意义。通过协同催化作用方式和氨基酸序列的相似性介绍纤维素酶酶系的组成，概述纤维素酶各酶组分的传统检测方法，并侧重阐述各种传感器应用于检测纤维素酶活性及基因表达的进展。关键词纤维素酶生物传感器活性基因表达中图分类号Ｑ８１９纤维素是地球上最丰富且可再生的生物聚合物，性末端的小分子纤维素。（２）外切葡萄糖苷酶（ｅｘｏ１，４是由Ｄ吡喃式葡萄糖基通过１，４β糖苷键连接而成的βＤｇｌｕｃａｎａｓｅ，ＥＣ３．２．１．９１），又称纤维二糖水解酶［１］

3、线性不分支的同聚多糖。纤维物质由于结构复杂任（ｃｅｌｌｏｂｉｏｈ·ｒｏｌａｓｅ，简称ＣＢＨ）。这类酶作用于纤维素线何单一的酶都难以将其高效水解。因此，能水解天然状分子末端，水解β１，４糖苷键，每次切下一个纤维二糖纤维素的纤维素酶都是复杂的多酶体系。经过二十多分子。（３）β葡萄糖苷酶（βｇｌｕｃｏｓｉｄａｓｅ，ＥＣ３．２．１．２１，简［３］年的不断研究，纤维素酶分离纯化的方法不断改进，组称ＢＧ），这类酶将纤维二糖水解成葡萄糖分子。分越分越细，不同酶组分的作用机理正逐渐被阐明［２］。纤维素酶属于糖苷水

4、解酶。随着糖苷水解酶的氨基酸序列和３Ｄ结构研究的不断增多，以及各种催化残同时，由于纤维素酶作用的底物比较复杂，反应产物不基鉴定方法出现，在氨基酸序列相似性基础上确立的同，致使纤维素酶活力测定方法很多。近年来随着生新的糖苷水解酶分类方法将糖苷水解酶分为１１１个物化学、分子生物学以及基因工程等多种交叉学科的族，纤维素酶占其中的１６个族。对５，６，７，９，４５族的催快速发展，相关领域的研究出现了更多更新的纤维素化机制和功能氨基酸的研究成果较多。依据Ｃａｒｂｏｈ·酶活测定以及动力学研究方法。ｒａｔｅＡｃｔｉｖ

5、ｅｅｎｚｙｍｅｓ（法国，有关碳水化合物和酶的数１纤维素酶系的分类组成［４］据库）以及相关文献，表１列出了糖苷水解酶类纤维素酶分族的催化核心、作用机制、空间结构以及与传统一个完整的纤维素酶系，通常由作用方式不同而能纤维素酶分类的关系等信息。相互协同催化水解纤维素的三类酶组成，即（１）内切葡萄糖苷酶（ｅｎｄｏ１，４βＤｇｌｕｃａｎａｓｅ，ＥＣ３．２．１．４，简称ＥＧ）。２纤维素酶活性的检测方法这类酶作用于纤维素分子内部的非结晶区，随机水解β纤维素酶是多组分复合物，各组分的底物专一性１，４糖苷键，

6、将长链纤维素分子截短，产生大量带非还原不同。不同来源的纤维素酶其组成及各组分的比例有收稿日期：２００８０８２８修回日期：２００８０９２５较大的差异，同时纤维素酶作用的底物也比较复杂，致国家自然科学基金（５０６７８０６２），国家自然科学基金青年科学基使纤维素酶活力的测定方法复杂而不统一。以下从传金（５０６０８０２９）资助项目通讯作者，电子信箱：ｙｘｚ＠ｈｎｕ．ｃｎ统检测方法和传感器检测方法两方面分别给与说明。２００９，２９（１）尹娟等：生物传感器检测纤维素酶活性及基因表达８７表１纤维素酶家族

7、Ｔａｂｌｅ１Ｆａｍｉｌｉｅｓｏｆｃｅｌｌｕｌａｓｅｓｂ）家族催化亲核基团机制空间结构主要酶组分ａ）ＧＨＦＣａｔａｌｙｔｉｃＮｕｃｌｅｏｐｈｉｌｅＭｅｃｈａｎｉｓｍ３ＤＳｔｒｕｃｔｕｒｅＭａｉｎＥｎｚｙｍｅＣｏｍｐｏｎｅｎｔ１ＧｌｕＲ（β／α）８ＢＧＩＩｃ）３ＡｓＰＲｎ．ｄ．ＢＧＩ５ＧｌｕＲ（β／α）８ＥＧＩＩ，ＥＧＩＩＩ６ＡｓＰＩｎ．ｄ．ＣＢＨＩＩ７ＧｌｕＲβｊｅｌｌｙｒｏｌｌＥＧＩ，ＣＢＨＩ８ＡｓＰＩ（α／α）６细菌内切酶为主９ＡｓＰＩ（α／α）６真菌ＥＧＩ细菌内切酶１０ＧｌｕＲ（β／α）８１２Ｇｌ

8、ｕＲβｊｅｌｌｙｒｏｌｌＥＧＩＩＩ２６ＧｌｕＲ（β／α）８４４ＧｌｕＩ（β／α）８细菌内切酶为主４５ＡｓＰＩｎ．ｄ．ＥＧＶ４８ＧｌｕＩ（α／α）６细菌内切酶、外切酶为主５１ＧｌｕＲ（β／α）８（ｉｎｆｅｒｒｅｄ）细菌内切酶为主６１ｎ．ｄ．ｎ．ｄ．ｎ．ｄ．ＥＧＩＶ７４ＡｓＰＩ７ｆｏｌｄβｐｒｏｐｅｌｌｅｒ内切酶微晶纤维素酶ａ）ＧＨＦ：ＧｌｙｃｏｓｉｄｅＨ·ｒｏｌａｓｅＦａｍｉｌｙ；ｂ）Ｓｔｅｒｅｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆ