纖維素酶類糖苷水解酶及其降解機(jī)理ppt課件

1、纖維素酶類糖苷水解酶及其降解機(jī)理纖維素酶類糖苷水解酶及其降解機(jī)理第四章第四章4.1 導(dǎo)言導(dǎo)言l纖維素類生物質(zhì)是自然界中最豐富的。與淀粉在構(gòu)造上纖維素類生物質(zhì)是自然界中最豐富的。與淀粉在構(gòu)造上的差別僅在于糖苷鍵銜接方式不同。的差別僅在于糖苷鍵銜接方式不同。l多與半纖維素、木素相互結(jié)合在一同。多與半纖維素、木素相互結(jié)合在一同。l纖維素酶系統(tǒng)纖維素酶系統(tǒng) l 非復(fù)合：真菌、放線菌非復(fù)合：真菌、放線菌l 普通由菌絲分泌到胞外分別發(fā)揚(yáng)作用。普通由菌絲分泌到胞外分別發(fā)揚(yáng)作用。 l 復(fù)合：復(fù)合： 厭氧菌熱纖梭菌厭氧菌熱纖梭菌l 在其細(xì)胞壁上產(chǎn)生隆起的細(xì)胞構(gòu)造，為纖維小在其細(xì)胞壁上產(chǎn)生隆起的細(xì)胞構(gòu)造，為纖維小

2、體。體。 自從自從 19061906年在蝸牛消化液中初次發(fā)現(xiàn)纖維素酶后，年在蝸牛消化液中初次發(fā)現(xiàn)纖維素酶后，人類對(duì)其研討閱歷了百年歷史：人類對(duì)其研討閱歷了百年歷史： 1950-1950-木酶的發(fā)現(xiàn)，木酶的發(fā)現(xiàn)，C1-CxC1-Cx假說(shuō)。假說(shuō)。 1980 1980 年至年至 1988 1988 年年-利用基因工程的方法對(duì)纖維素利用基因工程的方法對(duì)纖維素酶的基因進(jìn)展克隆和一級(jí)構(gòu)造的測(cè)定。酶的基因進(jìn)展克隆和一級(jí)構(gòu)造的測(cè)定。 9090年代年代-厭氧細(xì)菌纖維小體超分子復(fù)合體構(gòu)造功能厭氧細(xì)菌纖維小體超分子復(fù)合體構(gòu)造功能研討，多構(gòu)造與體系的發(fā)現(xiàn)。研討，多構(gòu)造與體系的發(fā)現(xiàn)。 2121世紀(jì)世紀(jì)-基因及氨基酸序列

3、，分子時(shí)代?；蚣鞍被嵝蛄校肿訒r(shí)代。導(dǎo)言導(dǎo)言4.2 纖維素酶系統(tǒng)的組成纖維素酶系統(tǒng)的組成 根據(jù)各酶的功能可分為三大類：根據(jù)各酶的功能可分為三大類：(1)內(nèi)切葡聚糖酶內(nèi)切葡聚糖酶endo-1,4-Dglucanase,EC.,來(lái)來(lái)自真菌的簡(jiǎn)稱自真菌的簡(jiǎn)稱 EG ，來(lái)自細(xì)菌的簡(jiǎn)稱，來(lái)自細(xì)菌的簡(jiǎn)稱Cen,這類酶作用這類酶作用于纖維素分子內(nèi)部的非結(jié)晶區(qū)，隨機(jī)水解于纖維素分子內(nèi)部的非結(jié)晶區(qū)，隨機(jī)水解 -1，4-糖苷鍵糖苷鍵,將長(zhǎng)鏈纖維分子截?cái)鄬㈤L(zhǎng)鏈纖維分子截?cái)?產(chǎn)生大量非復(fù)原性末端的小分子纖產(chǎn)生大量非復(fù)原性末端的小分子纖維素。維素。(2)(2)外切葡聚糖酶外切葡聚糖酶(exo-1(ex

4、o-1，4-D-glucanase4-D-glucanase，EC.1EC.1，又稱纖維二糖水解酶，來(lái)自真菌簡(jiǎn)稱又稱纖維二糖水解酶，來(lái)自真菌簡(jiǎn)稱CBHCBH，來(lái)自細(xì)菌簡(jiǎn)稱，來(lái)自細(xì)菌簡(jiǎn)稱CexCex。這類酶作用于纖維素分子的非復(fù)原端。這類酶作用于纖維素分子的非復(fù)原端, ,依次水解依次水解 -1,4-1,4-糖苷鍵糖苷鍵, ,每次切下一個(gè)纖維二糖分子。每次切下一個(gè)纖維二糖分子。(3)-(3)-葡萄糖苷酶葡萄糖苷酶(-glucosidase,EC.1,(-glucosidase,EC.1,簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱 BG BG, ,這類酶水解纖維二糖和短鏈的纖維

5、寡這類酶水解纖維二糖和短鏈的纖維寡糖生成葡萄糖。對(duì)纖維二糖和纖維三糖的水解很糖生成葡萄糖。對(duì)纖維二糖和纖維三糖的水解很快，隨著葡萄糖聚合度的添加水解速度下降。快，隨著葡萄糖聚合度的添加水解速度下降。4.2 纖維素酶系統(tǒng)的組成4.3 糖苷水解酶家族糖苷水解酶家族l以底物專注性為根底建立的命名方法不能反映酶分子以底物專注性為根底建立的命名方法不能反映酶分子的構(gòu)造特性。的構(gòu)造特性。l把作用于碳水化合物的相關(guān)酶類分成許多蛋白質(zhì)家族，把作用于碳水化合物的相關(guān)酶類分成許多蛋白質(zhì)家族，構(gòu)成專門(mén)的數(shù)據(jù)庫(kù)共享。構(gòu)成專門(mén)的數(shù)據(jù)庫(kù)共享。l碳水化合物活性酶碳水化合物活性酶 (CAZy)分類系統(tǒng)，只對(duì)構(gòu)

6、造域進(jìn)分類系統(tǒng)，只對(duì)構(gòu)造域進(jìn)展定義。展定義。 CAZy中某一基因的構(gòu)造域以模塊表示。中某一基因的構(gòu)造域以模塊表示。l圖4.24.4厭氧細(xì)菌纖維素酶的構(gòu)造與功能厭氧細(xì)菌纖維素酶的構(gòu)造與功能 厭氧細(xì)菌在纖維素底物上生長(zhǎng)時(shí)，在細(xì)厭氧細(xì)菌在纖維素底物上生長(zhǎng)時(shí)，在細(xì)胞壁上產(chǎn)生隆起的細(xì)胞構(gòu)造即為纖維小體。胞壁上產(chǎn)生隆起的細(xì)胞構(gòu)造即為纖維小體。不同生物體之間纖維小體構(gòu)造類似，但其組成成不同生物體之間纖維小體構(gòu)造類似，但其組成成分隨著種的不同而有所差別。分隨著種的不同而有所差別。纖維小體構(gòu)造復(fù)雜、體積龐大、異質(zhì)性強(qiáng)。纖維小體構(gòu)造復(fù)雜、體積龐大、異質(zhì)性強(qiáng)。4.4.1 纖維小體的普通組裝方式l構(gòu)造蛋白：初級(jí)腳手架

7、蛋白，錨定腳手架蛋白構(gòu)造蛋白：初級(jí)腳手架蛋白，錨定腳手架蛋白等等l催化模塊：纖維素酶、半纖維素酶等催化模塊：纖維素酶、半纖維素酶等4.4.1 纖維小體的普通組裝方式對(duì)接模塊粘連模塊4.4.1 纖維小體的普通組裝方式4.4.2 粘連模塊與對(duì)接模塊 粘連模塊不同厭氧微生物的粘連模塊序列差別很大。同一個(gè)腳手架蛋白上的粘連模塊普通為同一類型，不同粘連模塊之間有不同的序列類似性。目前型和型粘連模塊晶體構(gòu)造已測(cè)定。厭氧細(xì)菌纖維素酶的構(gòu)造與功能對(duì)接模塊l由大約具由大約具22個(gè)氨基酸的兩條反復(fù)序列組成個(gè)氨基酸的兩條反復(fù)序列組成l鈣離子促使對(duì)接模塊折疊，并使其構(gòu)成穩(wěn)定的三級(jí)構(gòu)鈣離子促

8、使對(duì)接模塊折疊，并使其構(gòu)成穩(wěn)定的三級(jí)構(gòu)造。也是粘連模塊造。也是粘連模塊-對(duì)接模塊相互作用所必需的。對(duì)接模塊相互作用所必需的。l對(duì)接模塊與其相應(yīng)的粘連模塊的分支情況相對(duì)應(yīng)。對(duì)接模塊與其相應(yīng)的粘連模塊的分支情況相對(duì)應(yīng)。厭氧細(xì)菌纖維素酶的構(gòu)造與功能粘連模塊和對(duì)接模塊相互作用l決議了纖維小體的構(gòu)造，并纖維小體各亞基的整合僅依決議了纖維小體的構(gòu)造，并纖維小體各亞基的整合僅依l 賴于此。賴于此。l主要以疏水作用相聯(lián)絡(luò)，并輔以相對(duì)較少的分子間氫鍵。主要以疏水作用相聯(lián)絡(luò)，并輔以相對(duì)較少的分子間氫鍵。l熱纖梭菌中熱纖梭菌中型粘連模塊與對(duì)接模塊的相互作用是目前型粘連模塊與對(duì)接模塊的相互作用是目前知最

9、強(qiáng)的蛋白質(zhì)間相互作用之一。知最強(qiáng)的蛋白質(zhì)間相互作用之一。l 厭氧細(xì)菌纖維素酶的構(gòu)造與功能l粘連模塊與酶上對(duì)接模塊在種內(nèi)的結(jié)合是非專注性的，粘連模塊與酶上對(duì)接模塊在種內(nèi)的結(jié)合是非專注性的，而在種間的相互作用卻是專注性的。生化程度上，包而在種間的相互作用卻是專注性的。生化程度上，包含對(duì)接模塊的酶與包含粘連模塊的腳手架間的結(jié)合本含對(duì)接模塊的酶與包含粘連模塊的腳手架間的結(jié)合本質(zhì)上是非特異性的。質(zhì)上是非特異性的。l對(duì)接過(guò)程中粘連模塊總體構(gòu)造本質(zhì)上不變，對(duì)接模塊對(duì)接過(guò)程中粘連模塊總體構(gòu)造本質(zhì)上不變，對(duì)接模塊發(fā)生了構(gòu)象變化。發(fā)生了構(gòu)象變化。粘連模塊和對(duì)接模塊相互作用圖4.4 熱纖梭菌型粘連模塊

10、紅色和型對(duì)接模塊藍(lán)色相互作用表示圖4.4.3 纖維小體上的催化模塊l以熱纖梭菌為例，它既有纖維小體酶系，也有游離的以熱纖梭菌為例，它既有纖維小體酶系，也有游離的非纖維小體酶。區(qū)別纖維小體酶與游離酶的關(guān)鍵特征非纖維小體酶。區(qū)別纖維小體酶與游離酶的關(guān)鍵特征是，纖維小體酶帶有對(duì)接模塊是，纖維小體酶帶有對(duì)接模塊 。l催化方式具有多種情況：熱纖梭菌中，表現(xiàn)為葡聚糖催化方式具有多種情況：熱纖梭菌中，表現(xiàn)為葡聚糖內(nèi)切酶活性、繼續(xù)降解的纖維素內(nèi)切酶活性、纖維素內(nèi)切酶活性、繼續(xù)降解的纖維素內(nèi)切酶活性、纖維素外切酶。外切酶。厭氧細(xì)菌纖維素酶的構(gòu)造與功能典型的纖維小體外切酶或繼續(xù)性內(nèi)切酶的空間構(gòu)造厭氧

11、細(xì)菌纖維素酶的構(gòu)造與功能厭氧細(xì)菌纖維素酶的構(gòu)造與功能典型的纖維小體內(nèi)切酶的空間構(gòu)造Figure 4.4.3 Structural comparison of (/)6 glycosyl hydrolases l根據(jù)序列和構(gòu)造的類似度，CBM可被分成不同的家族。不同纖維小體家族中按功能分主要屬于A型和B型。l 腳手架上的CBM厭氧細(xì)菌纖維素酶的構(gòu)造與功能4.4.4 碳水化合物結(jié)合模塊CBM carbohydrate-binding module) 圖4.4 熱纖梭菌腳手架蛋白上的CBM構(gòu)造表示圖 腳手架蛋白上往往包含一個(gè)腳手架蛋白上往往包含一個(gè)CBMCBM，它被以為擔(dān)

12、任將多酶復(fù)合體，它被以為擔(dān)任將多酶復(fù)合體錨定在相應(yīng)底物上雖然在瘤胃球錨定在相應(yīng)底物上雖然在瘤胃球菌的纖維小體中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)菌的纖維小體中沒(méi)有發(fā)現(xiàn), ,其屬其屬于于A A型。型。 熱纖梭菌腳手架蛋白熱纖梭菌腳手架蛋白CBMCBM的三的三維構(gòu)造曾經(jīng)被解析其拓?fù)錁?gòu)造為一維構(gòu)造曾經(jīng)被解析其拓?fù)錁?gòu)造為一個(gè)由個(gè)由9 9個(gè)個(gè)片層組成的果凍卷。片層組成的果凍卷。l酶上的酶上的CBMCBM不是堅(jiān)持酶復(fù)合體接近底物外表所必需的不是堅(jiān)持酶復(fù)合體接近底物外表所必需的構(gòu)造。然而其具有潛在的功能，似乎是單個(gè)酶專注性構(gòu)造。然而其具有潛在的功能，似乎是單個(gè)酶專注性結(jié)合底物，特別是其在分子程度上結(jié)合單個(gè)底物分子結(jié)合底物，特別是其在

13、分子程度上結(jié)合單個(gè)底物分子鏈如可溶性的鏈如可溶性的- - 葡聚糖或木聚糖鏈。葡聚糖或木聚糖鏈。l酶分子模塊上的酶分子模塊上的CBMCBM既有既有A A型也有型也有B B型。型。厭氧細(xì)菌纖維素酶的構(gòu)造與功能酶分子的CBM纖維小體和游離酶上的CBM比較lCBM蛋白質(zhì)的種類及其所屬家族都是高度不同的。蛋白質(zhì)的種類及其所屬家族都是高度不同的。l但部分在纖維小體和游離催化系統(tǒng)中是一樣的。但部分在纖維小體和游離催化系統(tǒng)中是一樣的。l有些只存在于游離催化系統(tǒng)，而在纖維小體中完全不有些只存在于游離催化系統(tǒng)，而在纖維小體中完全不存在。存在。厭氧細(xì)菌纖維素酶的構(gòu)造與功能

14、影響小體與底物結(jié)合的要素l弱離子強(qiáng)度能抑制纖維小體結(jié)合纖維素。弱離子強(qiáng)度能抑制纖維小體結(jié)合纖維素。l水分子可以從纖維素基質(zhì)中釋放至少部分的纖維小體或水分子可以從纖維素基質(zhì)中釋放至少部分的纖維小體或CBM。l適當(dāng)添加溶液中的鹽含量可提高纖維小體對(duì)底物的親和才干。適當(dāng)添加溶液中的鹽含量可提高纖維小體對(duì)底物的親和才干。l吸附底物次優(yōu)條件下，纖維小體復(fù)合體的酶活力最高。吸附底物次優(yōu)條件下，纖維小體復(fù)合體的酶活力最高。厭氧細(xì)菌纖維素酶的構(gòu)造與功能4.4.5纖維小體的多樣性l根據(jù)纖維小體上腳手架蛋白的數(shù)量，可以被分為兩類根據(jù)纖維小體上腳手架蛋白的數(shù)量，可以被分為兩類:l第一類：解纖維梭菌、食纖維梭菌、約氏

15、梭菌、丙酮丁第一類：解纖維梭菌、食纖維梭菌、約氏梭菌、丙酮丁醇梭菌、等嗜溫梭菌產(chǎn)生的纖維小體。只發(fā)現(xiàn)了醇梭菌、等嗜溫梭菌產(chǎn)生的纖維小體。只發(fā)現(xiàn)了型的型的粘連模塊和對(duì)接模塊。粘連模塊和對(duì)接模塊。69個(gè)個(gè)l第二類：熱纖梭菌、解纖維醋弧菌、黃色瘤胃球菌和溶第二類：熱纖梭菌、解纖維醋弧菌、黃色瘤胃球菌和溶纖維素?cái)M桿菌。復(fù)雜程度高。纖維素?cái)M桿菌。復(fù)雜程度高。l 有限資料闡明，纖維小體的組成和分布會(huì)遭到碳源有限資料闡明，纖維小體的組成和分布會(huì)遭到碳源的影響，另外纖維小體的某些構(gòu)造蛋白和催化組分基因的影響，另外纖維小體的某些構(gòu)造蛋白和催化組分基因的表達(dá)也遭到生長(zhǎng)速率的影響。的表達(dá)也遭到生長(zhǎng)速率的影響。厭氧細(xì)

16、菌纖維素酶的構(gòu)造與功能圖4.5厭氧細(xì)菌纖維素酶的構(gòu)造與功能4.4.5纖維小體的多樣性厭氧細(xì)菌纖維素酶的構(gòu)造與功能4.4.5纖維小體的多樣性厭氧細(xì)菌纖維素酶的構(gòu)造與功能4.4.5纖維小體的多樣性4.4.6 纖維小體基因在基因中的分布規(guī)律厭氧細(xì)菌纖維素酶的構(gòu)造與功能4.4.7 微型人造小體的研討進(jìn)展l纖維小體實(shí)踐上是一個(gè)微型而高效的纖維素降解機(jī)器。纖維小體實(shí)踐上是一個(gè)微型而高效的纖維素降解機(jī)器。如今已提出了經(jīng)過(guò)理性人工設(shè)計(jì)并經(jīng)過(guò)工程手段提高如今已提出了經(jīng)過(guò)理性人工設(shè)計(jì)并經(jīng)過(guò)工程手段提高天然纖維小體降解活力的新思緒天然纖維小體降解活力的新思緒 。l可行性根據(jù)：可行性根據(jù)：l1對(duì)于細(xì)菌的粘連模塊和對(duì)接

17、模塊，無(wú)論是單獨(dú)生對(duì)于細(xì)菌的粘連模塊和對(duì)接模塊，無(wú)論是單獨(dú)生成還是移植到異源性的蛋白質(zhì)上，它們都能忠實(shí)地堅(jiān)成還是移植到異源性的蛋白質(zhì)上，它們都能忠實(shí)地堅(jiān)持本身的生物學(xué)性質(zhì)。持本身的生物學(xué)性質(zhì)。l2二者高親和力相互作用在一些產(chǎn)纖維小體的細(xì)菌二者高親和力相互作用在一些產(chǎn)纖維小體的細(xì)菌種類之間具有物種專注性。種類之間具有物種專注性。厭氧細(xì)菌纖維素酶的構(gòu)造與功能l與天然纖維小體相比，有三個(gè)主要的不同之處：與天然纖維小體相比，有三個(gè)主要的不同之處：l 1含有酶的數(shù)量有限。含有酶的數(shù)量有限。l 2是同源性的。是同源性的。l 3每個(gè)酶在微型手腳架蛋白上的位置是遭到控制的。每個(gè)酶在微型手腳架蛋白上的位置是遭到

18、控制的。l未來(lái)前景包括構(gòu)建新的雜交手腳架蛋白，使之可以將未來(lái)前景包括構(gòu)建新的雜交手腳架蛋白，使之可以將三個(gè)或多個(gè)不同的酶結(jié)合到特定位點(diǎn)上。嵌合體的穩(wěn)三個(gè)或多個(gè)不同的酶結(jié)合到特定位點(diǎn)上。嵌合體的穩(wěn)定性也是影響它未來(lái)工業(yè)化運(yùn)用的一個(gè)要素。定性也是影響它未來(lái)工業(yè)化運(yùn)用的一個(gè)要素。厭氧細(xì)菌纖維素酶的構(gòu)造與功能4.4.7 微型人造小體的研討進(jìn)展4.5好氧真菌纖維素酶的構(gòu)造與功能好氧真菌纖維素酶的構(gòu)造與功能l好氧真菌分泌的纖維素酶分子普通都由一個(gè)糖基化的好氧真菌分泌的纖維素酶分子普通都由一個(gè)糖基化的銜接肽將一個(gè)較大的催化構(gòu)造域和較小的纖維素結(jié)合銜接肽將一個(gè)較大的催化構(gòu)造域和較小的纖維素結(jié)合構(gòu)造域銜接起來(lái)構(gòu)

19、成。構(gòu)造域銜接起來(lái)構(gòu)成。4.5.1 催化構(gòu)造域及催化斷鍵機(jī)理l纖維素酶催化斷鍵功能類似，但屬不同糖苷水解酶家纖維素酶催化斷鍵功能類似，但屬不同糖苷水解酶家族。族。lT.reesei是纖維素酶體系研討最為深化的好氧真菌。是纖維素酶體系研討最為深化的好氧真菌。其中其中CBH I是該菌所產(chǎn)主要的外切酶。是該菌所產(chǎn)主要的外切酶。l催化中葡聚糖異頭碳的構(gòu)型并不發(fā)生變化。催化中葡聚糖異頭碳的構(gòu)型并不發(fā)生變化。l水解主要產(chǎn)物是纖維二糖。水解主要產(chǎn)物是纖維二糖。好氧真菌纖維素酶的構(gòu)造與功能好氧真菌纖維素酶的構(gòu)造與功能4.5.1 催化構(gòu)造域及催化斷鍵機(jī)理l圖4.9好氧真菌纖維素酶的構(gòu)造與功能l有待研討的問(wèn)題：有

20、待研討的問(wèn)題：l1.結(jié)晶纖維素外表如何游離出單根葡聚糖分子結(jié)晶纖維素外表如何游離出單根葡聚糖分子鏈。鏈。l2.單根葡聚糖鏈如何快速準(zhǔn)確地進(jìn)入單根葡聚糖鏈如何快速準(zhǔn)確地進(jìn)入CBH的催的催化孔道中?；椎乐?。l l3.葡聚糖鏈如何在催化孔道中高效地繼續(xù)性一葡聚糖鏈如何在催化孔道中高效地繼續(xù)性一方向運(yùn)動(dòng)。方向運(yùn)動(dòng)。4.5.1 催化構(gòu)造域及催化斷鍵機(jī)理好氧真菌纖維素酶的構(gòu)造與功能4.5.2 纖維素結(jié)合構(gòu)造與的構(gòu)造與功能好氧真菌纖維素酶的構(gòu)造與功能l當(dāng)多個(gè)不同蛋白質(zhì)中都存在一個(gè)一樣或類似的構(gòu)造域當(dāng)多個(gè)不同蛋白質(zhì)中都存在一個(gè)一樣或類似的構(gòu)造域時(shí)，該構(gòu)造域稱之為模塊。每一纖維素酶分子包含催時(shí)，該構(gòu)造域稱之為

21、模塊。每一纖維素酶分子包含催化模塊和碳水化合物模塊化模塊和碳水化合物模塊CBM。l基于構(gòu)造和功能，將不同基于構(gòu)造和功能，將不同CBM分成三類：分成三類：好氧真菌纖維素酶的構(gòu)造與功能4.5.2 纖維素結(jié)合構(gòu)造與的構(gòu)造與功能lCBM的功能的功能l 推測(cè)其功能是將催化構(gòu)造域拉近到不溶推測(cè)其功能是將催化構(gòu)造域拉近到不溶性的纖維外表，使纖維素水解過(guò)程易于進(jìn)展。性的纖維外表，使纖維素水解過(guò)程易于進(jìn)展。但是其功能及催化中的分子機(jī)理仍未構(gòu)成共識(shí)。但是其功能及催化中的分子機(jī)理仍未構(gòu)成共識(shí)。好氧真菌纖維素酶的構(gòu)造與功能4.5.2 纖維素結(jié)合構(gòu)造與的構(gòu)造與功能4.5.3 鏈接區(qū)的構(gòu)造與功能好氧真菌纖維素酶的構(gòu)造與功

22、能l纖維素酶的模塊構(gòu)造通常由韌性的糖基化銜接區(qū)銜接纖維素酶的模塊構(gòu)造通常由韌性的糖基化銜接區(qū)銜接在一同。在一同。l其有效長(zhǎng)度及柔韌性也是酶催化過(guò)程的關(guān)鍵。其有效長(zhǎng)度及柔韌性也是酶催化過(guò)程的關(guān)鍵。l富含脯氨酸、蘇氨酸和甘氨酸。富含脯氨酸、蘇氨酸和甘氨酸。4.5.3 鏈接區(qū)的構(gòu)造與功能好氧真菌纖維素酶的構(gòu)造與功能 雖然許多構(gòu)造域三級(jí)構(gòu)造已得到解析，但目前還雖然許多構(gòu)造域三級(jí)構(gòu)造已得到解析，但目前還沒(méi)有一個(gè)包含完好纖維素酶的三維構(gòu)造獲得解析。沒(méi)有一個(gè)包含完好纖維素酶的三維構(gòu)造獲得解析。4.6 纖維素酶繼續(xù)性降解結(jié)晶纖維素纖維素酶繼續(xù)性降解結(jié)晶纖維素 的動(dòng)態(tài)催化過(guò)程的動(dòng)態(tài)催化過(guò)程 結(jié)晶纖維素的降解是纖

23、維素降解的關(guān)鍵限速步驟。繼續(xù)性作用的外切纖維素酶是降解結(jié)晶纖維素的主要酶類。 可分為兩個(gè)過(guò)程： 纖維素結(jié)晶超分子構(gòu)造的破壞。需外加能量 糖苷鍵的斷裂。為酶催化反響，是動(dòng)力學(xué)過(guò)程4.6.1 纖維素酶分子-底物之間的結(jié)合過(guò)程l纖維素酶經(jīng)過(guò)結(jié)合構(gòu)造域吸附究竟物上；纖維素酶經(jīng)過(guò)結(jié)合構(gòu)造域吸附究竟物上；l定位于底物外表上特定的化學(xué)鍵上；定位于底物外表上特定的化學(xué)鍵上；l構(gòu)成酶構(gòu)成酶-底物復(fù)合物；底物復(fù)合物；l-糖苷鍵的水解，同時(shí)酶分子沿著纖維素鏈前進(jìn)；糖苷鍵的水解，同時(shí)酶分子沿著纖維素鏈前進(jìn)；l纖維素酶從底物脫吸附，或反復(fù)第纖維素酶從底物脫吸附，或反復(fù)第4步，當(dāng)催化構(gòu)造域分開(kāi)纖步，當(dāng)催化構(gòu)造域分開(kāi)纖維素

24、鏈時(shí)反復(fù)第維素鏈時(shí)反復(fù)第2、3步；步；l-葡萄糖苷酶水解纖維二糖構(gòu)成葡萄糖。葡萄糖苷酶水解纖維二糖構(gòu)成葡萄糖。l l 反響過(guò)程存在產(chǎn)物的抑制，及底物構(gòu)造變化對(duì)酶分子催化反響過(guò)程存在產(chǎn)物的抑制，及底物構(gòu)造變化對(duì)酶分子催化過(guò)程的影響等要素。過(guò)程的影響等要素。纖維素酶繼續(xù)性降解結(jié)晶纖維素的動(dòng)態(tài)催化過(guò)程4.6.2 外切纖維素酶對(duì)底物分子的催化斷鍵過(guò)程 酶分子-底物復(fù)合物待酶分子與底物結(jié)合構(gòu)象變化構(gòu)成穩(wěn)定復(fù)合物后，催化斷鍵是瞬間發(fā)生。普統(tǒng)統(tǒng)過(guò)分子動(dòng)力學(xué)/量子力學(xué)(MM/QM)，的方法進(jìn)展研討。對(duì)外切纖維素酶CBH I 的分子動(dòng)力學(xué)模擬，CBH I 的催化孔道與糖鏈之間有分子間氫鍵作用，糖分子一切的羥基與各種氨基酸殘基相互作用，起到穩(wěn)定酶-底物復(fù)合物的作用。纖維素酶繼續(xù)性降解結(jié)晶纖維素的動(dòng)態(tài)催化過(guò)程 共價(jià)糖基-酶中間體的構(gòu)成催化循環(huán)的第一步纖維素酶繼續(xù)性降解結(jié)晶纖維素的動(dòng)態(tài)催化過(guò)程4.6.2 外切纖維素酶對(duì)底物分子的催化斷鍵過(guò)程