海洋褐藻多糖的复杂结构、降解酶系以及生物学功能

海洋大型藻类(包括褐藻、红藻和绿藻)具有生物质资源产量高、生长过程中不占用耕地和淡水资源等优点,是未来生物炼制的优良原料。2021年,中国褐藻产量为190万吨,远高于其他经济藻类。但是与绿藻相比,褐藻所含的褐藻酸盐和红藻所含的3,6-脱水-L-半乳糖等多糖组分不容易发酵,极大地限制了其高值转化的进程。本文针对褐藻多糖的高效降解与高值转化这一研究热点,总结了褐藻的系统发育与褐藻多糖(褐藻胶、岩藻多糖以及昆布多糖)的复杂结构组成,分析了3类海洋多糖降解酶系的家族、空间结构及其特异性识别专一底物的活性架构等特征,并对褐藻多糖降解产物及其衍生寡糖的生物学功能进行了构效分析,以期揭示海洋多糖降解酶系的高效催化机制和特异性识别机理,推动褐藻的高效生物降解转化,为精准定制生物活性寡糖,构建绿色低碳工业化生产工艺提供参考。

植物细胞壁多糖合成酶系及真菌降解酶系

秸秆类植物细胞壁多糖高效降解转化对我国农业经济的绿色可持续发展具有重要意义,然而植物细胞壁在长期进化过程中形成了复杂结构限制了工业化酶解转化的过程。一方面从植物细胞壁多糖合成酶系的多样性、细胞壁多糖成分的复杂性、超分子结构的异质性等方面综述了形成植物细胞壁抗降解屏障的原因;另一方面从真菌降解植物细胞壁酶系的多样性、不同菌株降解酶组成差异性等分析降解转化植物细胞壁时发挥的不同作用,从而为工业转化合理复配真菌降解酶系,提高秸秆生物质的利用效率提供理论支持。

木质素降解酶系在毕赤酵母中的表达及降解木质素的活性

自然界中的木质素是潜在的丰富的可再生资源,近年来利用生物法降解木质素成为研究的热点。利用RT-PCR克隆了黄孢原毛平革菌(Phanerochaete chrysosporium)木质素过氧化物酶基因(Li P)、锰过氧化物酶基因(Mn P)、黑曲霉(Asperillus niger)葡萄糖氧化酶基因(gox)及白腐真菌(White Rot Fungi)漆酶基因(Lac),并构建了毕赤酵母(Pichia pastoris)表达载体,电转化入Pichia pastoris X-33宿主菌中,获得转化子并进行微培养,通过测定培养液的酶活,筛选出高酶活菌株。对4种重组菌株进行发酵,以经过处理的玉米皮作为底物,分别加入4种酶的发酵液及4种酶的混合液,于30℃反应后测定不同反应时间木质素的降解量,反应24h,木质素过氧化物酶、锰过氧化物酶、葡萄糖氧化物酶、漆酶吸光度D280nm的降低幅度分别为45%、39%、9%、57%;复合酶降解木质素的活性明显高于单一酶,吸光度的降低幅度为78%,说明木质素降解酶系的相互协同作用,提高了木质素的降解效率,为木质素酶解提供了新方法。

黄孢原毛平革菌木素降解酶系的研究进展

黄孢原毛平革菌木素降解酶系主要由木素过氧化物酶、锰过氧化物酶和乙二醛氧化酶组成。由于该酶系特殊的降解机制 ,除了木质素 ,它能降解许多种类的有机污染物 ,因此在环保方面有巨大的应用前景。本文主要综述了国内外对该酶系的研究进展。

一株具木聚糖酶活链霉菌的鉴定及其木聚糖降解酶系分析

分离得到一株具木聚糖酶活性的放线菌菌株pp2,该菌株具有典型链霉菌属的形态学特征.通过对其进行形态学、生理生化特性以及16SrRNA基因序列等方面的分类学研究,菌株pp2初步鉴定为链霉菌属的一个潜在新种.通过对菌株pp2的酶系研究发现该菌株胞外发酵液具木聚糖酶活性,细胞破碎液中具α-L-阿拉伯糖苷酶活性和β-D-木糖苷酶活性.其中木聚糖酶酶活力为30·3U/mg,酶反应最适温度为65℃,最适pH为5·4;37℃下稳定性很好,60℃下酶活性衰减很快.α-L-阿拉伯糖苷酶酶活力为1·81U/mg,酶反应最适温度为55℃,最适pH为6·0,55℃下稳定性能很好.β-D-木糖苷酶酶活力为0·04U/mg.

白腐菌降解木素酶系及其作用机理

制浆行业目标是脱除木质素 ,留下纤维素。白腐菌对木素的选择降解性能是造纸工业兴起研究领域如生物制浆 ,生物漂白及污染处理的理论基础。本文对有关白腐菌降解木素的酶系及作用机制作了概述 ,目的在于绘出一幅整体的木素降解酶系相互依存的图景 ,以便人们扩大视野 ,全面深入研究木素降解过程。

木聚糖降解酶系基因代谢调控研究进展

木聚糖是半纤维素的主要组成部分,是一类数量很大的再生生物资源,工业利用前景广阔。木聚糖降解需要多种酶的参与,主要有木聚糖酶、木糖苷酶、α-葡萄糖醛酸酶、乙酰木聚糖酯酶、阿拉伯糖酶、阿魏酸酯酶、p-香豆酸酯酶等。主要综述了木聚糖降解酶系基因代谢调控的研究进展,主要包括转录激活因子XlnR、抑制蛋白CreA、不同诱导物、pH值、HAP-CCAAT复合物等对木聚糖降解酶系基因表达的影响,最后探讨了木聚糖降解酶系基因代谢调控存在的问题,并对今后的研究进行了展望。

固体发酵体系中白腐菌Echinodontium spp.的产酶特性研究

研究了固体发酵体系中选择性降解白腐菌株Echinodontium spp.在杉木(裸子植物)、毛竹(单子叶植物)和垂柳(双子叶植物)木质纤维素基质上木质素降解酶系、纤维素降解酶系的产生特性。结果表明:基质种类对白腐菌的纤维素酶产生特性没有较大影响;而木质素降解酶均呈现出培养前期高于后期的现象,且不同基质中酶活力水平差异明显,杉木基质上的酶活力水平明显低于毛竹和垂柳基质中的状况。木质素降解酶系的活力水平与木质素降解速率的变化趋势一致,但纤维素酶系的活力水平和纤维素降解速率之间并未呈现必然关联。木质素酶系对底物基质的有效降解,可能有利于纤维素酶在木质纤维素复合物体系中的渗透,从而增效纤维素的酶解。

混菌固态发酵油菜秸秆铜离子和草酸对灵芝木质素酶系分泌的影响

研究了铜离子(1、1.5、2和2.5mmol/L)和草酸(2、4和6mmol/L)对灵芝和产朊假丝酵母混菌固态发酵油菜秸秆产木质素降解酶系的影响.结果表明:与对照相比,添加2 mmol/L的铜离子,可显著提高漆酶和锰过氧化物酶的酶活力,其活力分别为1032.77和840U/L,是不加铜离子的2.53和2.40倍;而与对照相比,添加1mmol/L铜离子可显著提高木质素过氧化物酶活力,其活力为319.89U/L,是不加铜离子的2.08倍,添加1.5、2和2.5mmol/L的铜离子时对木质素过氧化物酶有抑制作用,抑制率分别为30.71%、18.95%和11.11%.与对照相比,添加2、4mmol/L草酸可显著提高漆酶活力,其活力分别为1111.44、1301.89U/L,是不加草酸的2.73、3.2倍.添加4mmol/L草酸可显著提高锰过氧化物酶活力,其活力为693.33 U/L,是不加草酸的1.98倍;而2、4和6mmol/L草酸的添加抑制了木质素过氧化物酶的活性,抑制率分别为43.03%、28.81%和33.73%.

混菌发酵油菜秆氮源对灵芝木质素酶系的影响

研究了豆渣和酒石酸铵(浓度分别为1%、2%、3%、4%和5%),对灵芝和产朊假丝酵母混菌固态发酵油菜秸秆产木质素降解酶系的影响。结果表明,与对照相比,1%、2%、3%和5%的豆渣组中的漆酶、锰过氧化物酶和木质素过氧化物酶酶活性均未受显著性影响,而在4%豆渣组中,这3种酶的活性显著提高,分别为440.33 U·L^(-1)、473.33 U·L^(-1)和98.49 U·L^(-1),分别是对照的2.03倍,2.16倍和2.86倍。与对照相比,1%、2%、3%、4%和5%的酒石酸铵组中,3种木质素降解酶的活性均无显著性影响,因此有机氮豆渣好于酒石酸铵,其最佳浓度为4%。

白腐菌混菌发酵玉米芯木质素酶系分泌的种属互惠性研究

研究了在玉米芯为主要碳源的液态培养基中,白腐菌-香菇、平菇、灵芝菌株间两两混合培养,在胞外木质素酶系分泌上的互惠性。结果表明:单一菌种培养下,香菇的漆酶(Lac)、木质素过氧化物酶(LiP)和锰过氧化物酶(MnP)活性均于第10天达到峰值,分别为1 120、358.2和875 u/L;平菇的Lac、LiP和MnP活性均于第6天达到峰值,分别为3 060、567.8和1 275 u/L;灵芝的Lac活性于第10天达峰值,为2 945 u/L,LiP和MnP活性于第8天达到峰值,分别为428.2、975 u/L。混菌培养下,香菇+平菇、平菇+灵芝的混合培养体系表现了酶活峰值提高、峰面积增大的优势;其中又属平菇+灵芝组合的效果最明显,体系中Lac、LiP、MnP活性均于第10天达到峰值,分别为11 400、924.5、2 200 u/L。实验表明,不同种属白腐菌株混合培养对体系的木质素酶分泌存在影响。

真菌在染料脱色中的应用及其酶学研究进展

染料已成为世界严重污染问题的主要原因.尤其是排放到环境中的有色污水,不仅因为其有色度污染,还在于废水中的染料及其分解产物不但有毒还会使机体产生变异,对人类的生存环境造成巨大的威胁.真菌被誉为是降解染料最有效的微生物资源.近年来,许多学者对真菌及其酶系(主要是木质素降解酶系)脱色染料废水进行了广泛的研究.对真菌在染料脱色中的应用及其酶学的最新研究进展如生物反应器进行归纳,并总结各种影响因素如pH值、温度、重金属等对脱色效率的影响.

白腐真菌对稻草秸秆生物降解的研究

试验对白腐菌TK-X-03在固态培养条件下稻草秸秆的生物降解进行了研究。通过正交试验,确定葡萄糖、(NH4)2SO4和MnSO4的最适添加量分别为3%、0.015%、0.05%。稻草降解过程中赖锰过氧化物酶(MnP)、木质素过氧化物酶(LiP)、漆酶(Laccase)、纤维素酶和木聚糖酶的酶活在培养的第6、7、9、10和15d达到最高值,分别为1.06U/g、8.71U/g、0.054U/g、400U/g和0.26U/g。培养25d后,稻草秸秆中纤维素、半纤维素和木质素的降解率依次为25.1%、29.8%和55.1%。

食用菌生物降解木质素的研究现状

木质素是农作物秸秆中的主要成份之一,木质素降解直接影响秸秆等植物资源的利用效率。从降解木质素的食用菌种类、食用菌木质素降解酶系及其营养调控机理、应用前景共4个方面,综述了食用菌生物降解秸秆木质素的研究现状。

白腐真菌产酶反应器研究进展

综述了白腐真菌在不同反应器中合成木质素降解酶系能力的研究进展,包括培养方式与条件、不同反应器的特点及应用、木质素降解酶系的应用及前景。

金针菇生物降解与染料脱色作用研究

为了解金针菇对染料的降解作用机制,研究测定了金针菇发酵液木质素降解酶系酶活,探究不同处理发酵液对3种化合染料的脱色影响。结果表明,液体培养条件下,化合染料的降解既可通过金针菇发酵液中的菌丝吸附,又能利用其分泌的木质素降解酶系转化。对化合染料起转化作用的并不是漆酶,而以菌体吸附为主,菌体对不同化合染料的吸附有一定选择性;已灭活的菌体与未灭活的菌体对染料的吸附效果也不同,表明温度可以改变菌体表面结构,使其更易吸附溶液中的染料。该研究对当前染料的处理具有重要应用价值。

酶法制备阿拉伯低聚木糖的研究进展

阿拉伯低聚木糖(Arabinoxylan oligosaccharides,AXOS)作为改善肠道健康、调节免疫反应及代谢综合症的功能性低聚糖,其制备方法受到了越来越多的关注。酶法是一种制备AXOS的理想方法,本文简要阐述了AXOS的结构,并对AXOS降解酶系中木聚糖酶的作用特点、产物结构和阿拉伯呋喃糖苷酶的类型进行详细介绍。重点探讨了单酶法中木聚糖酶的家族及微生物来源对AXOS产物的影响,重组木聚糖酶、固定化木聚糖酶和复合酶法中不同类型降解酶的结合使用在AXOS制备中的应用,对AXOS产物的影响因素进行阐述。通过综述AXOS酶法制备的相关研究进展,旨在为AXOS的制备及应用提供理论依据,并为AXOS构效关系的深入研究奠定基础。

白腐真菌及其漆酶的应用研究

白腐真菌及其漆酶在工业和生活方面的应用研究受到广泛重视,因其强大的木质素降解酶系显现出广阔的应用潜力,可用于秸秆降解、生物漂白以及污染物的治理等方面。漆酶是白腐真菌普遍产生的一种含铜多酚氧化酶。本文重点介绍了白腐真菌及其漆酶在工业和生活中的具体应用。

应用黄孢原毛平革菌处理工业废水的研究进展

黄孢原毛平革菌能有效降解各种有机污染物,因此可用来净化工业废水。其降解主要依赖于它产生的胞外木素降解酶系,此酶系主要由木素过氧化物酶、锰过氧化物酶组成,本文介绍了黄孢原毛平革菌的降解机制和它在处理工业废水主要是造纸废水和印染废水方面的研究进展并对其应用前景进行了探讨。