纤维素酶的研究进展课件.ppt

关于纤维素酶的研究进展现在学习的是第1页，共26页n 能源危机能源危机 高油价，石油、天然气等不可再生资源的极度使用，在未来200年内面临着枯竭。开发可再生能源迫在眉睫。n 粮食紧缺粮食紧缺 全世界饥饿人口：世界上大约有8.42亿人无法获得维持身体健康所需的足够的粮食。n环境危机与资源浪费环境危机与资源浪费 作物的秸秆(1.51012T/年)，大部分以焚烧的形式被处理掉，造成大量资源的浪费和环境污染。背景背景现在学习的是第2页，共26页可利用资源现在学习的是第3页，共26页纤维素纤维素 纤维素(Cellulose)：是由D-吡喃型葡萄糖基经-1,4 糖苷键联结而成的直链多糖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。纤维素(Cellulose)是植物细胞壁的主要组分之一,占植物秸秆干质量的40%50%。现在学习的是第4页，共26页纤维素纤维素的结构的结构 天然纤维素由排列整齐天然纤维素由排列整齐而规则的结晶区和相对不而规则的结晶区和相对不规则、松散的无定形区构规则、松散的无定形区构成，其结晶度一般在成，其结晶度一般在30%30%80%80%之间。之间。在植物细胞壁中，在植物细胞壁中，纤维素分子聚集成致纤维素分子聚集成致密的纤维丝，包埋在密的纤维丝，包埋在半纤维素和木质素形半纤维素和木质素形成的保护层里，形成成的保护层里，形成复杂的网状结构复杂的网状结构。现在学习的是第5页，共26页纤维素酶纤维素酶F 纤维素酶纤维素酶：指由生物产生的一种多组分的混合蛋白质，在适当的条件下，能使不溶性纤维素材料水解成可溶性糖的生物催化剂的总称。F 纤维素酶的结构纤维素酶的结构催化活催化活性中心性中心两个具有独立活性的结构域两个具有独立活性的结构域:具具有催化功能的结构域有催化功能的结构域(Catalytic domain,CD),(Catalytic domain,CD),具具有结合纤维素功能的结构域有结合纤维素功能的结构域(Cellulose binding domain,(Cellulose binding domain,CBD),CBD),两者之间由一段高度糖两者之间由一段高度糖基化的基化的linkerlinker相连。整个分子相连。整个分子呈楔形呈楔形.现在学习的是第6页，共26页纤维素酶的来源纤维素酶的来源%真菌真菌(mainly)：木霉属(Trichoderma)、曲霉属（Aspergillus）和青霉属(Penicillium），如 绿色木霉菌(Trichoderma viride),康宁木霉菌(Trichoderma koningii),黑曲霉（Asp.niger），绳状青霉、变幻青霉等.%细菌细菌:好氧菌：如纤维单胞菌属（Cellulomonas）、纤维弧菌属（Cellvibrio）、噬胞菌属（Cytophaga）厌氧菌：厌氧性的芽孢梭菌属（Clostridium）、产琥珀酸拟杆菌（Bacteroides succinogenes）、牛黄瘤胃球菌（Ruminococcus flavefaciens）、白色瘤胃球菌（R.albus）、溶纤维丁酸弧菌（Butyrivibrio fibrisolvens）等 超古菌：激烈火球菌(Pyrococcus furiosus)等.%放线菌放线菌:好氧放线菌(Actinomycetales)：生二素链霉菌(Streptomyces ambofaciens)高温单孢菌属(Thermomonospora):弯曲高温单孢菌(Thermomonospora curvata)及假诺卡氏菌属等%植物、动物及原生动物植物、动物及原生动物(little):蜗牛(snail),蟑螂(cockroaches)等.现在学习的是第7页，共26页纤维素酶的性状纤维素酶的性状真菌纤维素酶：真菌纤维素酶：以水解酶机制和氧化酶机制降解纤维素；细菌纤维素酶：细菌纤维素酶：形成多酶复合体结构又称纤维小体(Cellulosome)而起作用。能够更加彻底有效降解天然纤维素。白色，溶于水，高温失活：白色，溶于水，高温失活：最适温度在4565 之间，受受二苯乙二苯乙烯苷、葡萄糖酸烯苷、葡萄糖酸-1,5-内酯等抑制内酯等抑制 产纤维素酶菌种的特点产纤维素酶菌种的特点现在学习的是第8页，共26页纤维素酶的作用纤维素酶的作用机理机理外切葡聚糖酶外切葡聚糖酶内切葡聚糖酶内切葡聚糖酶-葡萄糖苷葡萄糖苷酶酶根据酶的作用方式纤维素酶分为：根据酶的作用方式纤维素酶分为：纤纤维维素素酶酶以上几种酶相互协同作用以上几种酶相互协同作用-1，4-内切葡聚糖酶（Endo-Glucanase，简称EG,Cx）,主要作用于无定形纤维素,水解产生纤维糊精,纤维寡糖.-1,4-外切葡聚糖（纤维二糖水解）酶（Cellobiohydrolase，CBH,C1）,主要作用于结晶纤维素,产生纤维二糖.-葡萄糖苷酶（-Glucosidase，G）,水解纤维二糖为葡萄糖。现在学习的是第9页，共26页纤维素的水解过程纤维素的水解过程 现在学习的是第10页，共26页3.1.纤维素酶的应用纤维素酶的应用现在学习的是第11页，共26页食品生产酿酒酿酒：在酿酒原料中加入高效纤维素酶，或者将高效耐受性在酿酒原料中加入高效纤维素酶，或者将高效耐受性好的纤维素酶基因克隆到酿酒酵母中，以此来增加酿酒过好的纤维素酶基因克隆到酿酒酵母中，以此来增加酿酒过程中对原料的利用率。程中对原料的利用率。酿制酱油酿制酱油：一方面分解原料中的天然纤维素一方面分解原料中的天然纤维素,二方面破坏酿二方面破坏酿造原料中谷物的细胞壁造原料中谷物的细胞壁,三方面协助米曲霉酶系起作用。三方面协助米曲霉酶系起作用。现在学习的是第12页，共26页造纸1.纤维素酶法废纸脱墨纤维素酶法废纸脱墨 降低能耗，减轻环境污染，脱墨效降低能耗，减轻环境污染，脱墨效率高于化学脱墨。率高于化学脱墨。2.纤维素酶法处理改纤维素酶法处理改善纸浆性能善纸浆性能改善纸浆磨浆性能和滤水性能。改善纸浆磨浆性能和滤水性能。3.纤维素酶法处理改纤维素酶法处理改善纤维成纸性能善纤维成纸性能提高成纸抗张系数。提高成纸抗张系数。4.纤维素酶能抑制导管的脱落纤维素酶能抑制导管的脱落脱落的导管微粒影响成纸性能。脱落的导管微粒影响成纸性能。5.纤维素酶法预处理硫酸盐浆纤维素酶法预处理硫酸盐浆降低纸浆卡伯值。降低纸浆卡伯值。抑制导管脱落抑制导管脱落纤维素酶处理硫酸盐浆处理硫酸盐浆废纸脱墨废纸脱墨改善纸浆性能改善纸浆性能改善成纸性能改善成纸性能现在学习的是第13页，共26页医药 虽然目前纤维素酶用于植物药效成分提取的虽然目前纤维素酶用于植物药效成分提取的研究尚不多见研究尚不多见,但得出的结果比较一致但得出的结果比较一致,即酶解预即酶解预处理能明显提高植物药有效成分的提取率。处理能明显提高植物药有效成分的提取率。中药破壁提取金银花绿原酸提高26%三七总皂甙提高24%银杏叶中提取黄酮提高56%现在学习的是第14页，共26页纺织工业 利用纤维素酶对纤利用纤维素酶对纤维素纤维织物进行生维素纤维织物进行生物处理物处理,即酶降解整即酶降解整理理,可使纺织物的可使纺织物的硬硬度度适当下降的同时适当下降的同时,使织物表面变得光滑使织物表面变得光滑，织物获得蓬松织物获得蓬松,手感手感厚实柔软厚实柔软,增大了纤增大了纤维素维素的无定型区的无定型区。纤维素酶石磨水洗的牛仔裤纤维素酶石磨水洗的牛仔裤现在学习的是第15页，共26页洗涤剂工业 碱碱性性纤纤维维素素酶酶在在洗洗涤涤剂剂工工业业上上的的成成功功应应用用,改改变变了了传传统统的的去去污污方方法法,建建立立了了一一套套新新的的去去污污机机制制,提提高高了了洗洗涤涤效效果果,并并有有柔柔软软、增增艳艳等等作作用用,被被洗洗涤涤剂剂工工业业称称之之为一次技术革命为一次技术革命。加酶洗衣剂加酶洗衣剂现在学习的是第16页，共26页畜牧业的应用 纤维素是自然界中十分丰富的资源，可通过用纤维素酶来有效利用农副产品的脚料秸秆和糠类来作为饲料，进而提高畜禽的生产性能，提高饲料的消化率和利用率，改善饲料的营养价值，提高经济效益，故而纤维素酶具有广阔的发展前景!纤维素酶、果胶酶、淀粉酶纤维素酶、果胶酶、淀粉酶现在学习的是第17页，共26页 纤维素乙醇纤维素乙醇sugar solution fermentation Distillation Dehydration 95%alcoholover 99.5%ethanolpretreatment Cellulose materialcellulolysis cellulase现在学习的是第18页，共26页3.2现阶段现阶段国内外国内外纤维素酶的纤维素酶的研究研究进展进展现在学习的是第19页，共26页纤维素酶产生菌的筛选 纤纤维维素素酶酶一一般般产产自自腐腐生生微微生生物物，许许多多植植物物的的病病原原体体也也会会表表达达纤纤维维素素酶酶。大大多多纤纤维维素素酶酶产产生生菌菌都都是是从从诸诸如如森森林林土土、温温泉泉、堆堆肥肥、污污水水、动动物物粪粪便便、反反刍刍动动物物的的瘤瘤胃胃。而而产产纤纤维维素素酶酶的的真真菌菌更更受受青青睐睐，因因为它能将纤维素分泌至胞外。为它能将纤维素分泌至胞外。目目前前，嗜嗜热热的的、抗抗极极端端pHpH的的产产纤纤维维素素酶酶的的菌菌体体已已在在商商业业中中得得到到了了应应用用。近近几几年年嗜嗜冷冷性性产产纤纤维维素素酶酶菌菌也也得到了一定的关注。得到了一定的关注。现在学习的是第20页，共26页现在学习的是第21页，共26页在微生物宿主中纤维素酶的异源表达 由于利用纤维素酶的降解作用进行纤维素的生物转化有着广阔的前景，自 70 年代末就开始了纤维素酶基因的克隆。大肠杆菌和芽孢杆菌是最常用的重组蛋白表达平台。酵母是真菌中最长用的表达系统。此外用丝状真菌和植物中作为表达载体也有相应报导。现在学习的是第22页，共26页现在学习的是第23页，共26页纤维素酶及其酶的编码基因的专利现在学习的是第24页，共26页展望展望 纤维素酶具有非常广阔的应用前景，但由于纤维素酶的生产技术水平低下，生产成本高，生物活性低等使得纤维素酶的应用具有局限性。因此，我们需要更加深入和广泛的探索，克服纤维素酶降解纤维素类原料的瓶颈。随着纤维素酶研究与应用的迚一步深入，必将在纤维素物质的利用方面収挥巨大作用。现在学习的是第25页，共26页感谢大家观看现在学习的是第26页，共26页