[发明专利]编码糖基水解酶家族5的内切葡聚糖酶基因Cel5A及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一个编码糖基水解酶家族5的内切葡聚糖酶基因，该基因编码的蛋白质可用于降解纤维素。

背景技术

生物质能是由植物的光合作用固定于地球上的太阳能。每年，太阳辐射到地球表面的能量为2.6×10²¹千焦耳，这个能量大部分通过光合作用以碳源的形式储藏起来。这个以碳源形式储藏的能量大大超过了目前人类每年所消耗的2.1×10¹⁷千焦耳的能（Demain A.L.，Newcomb M.,Wu J.H.,2005，Cellulase，clostridia，and ethanol.Microbiol.Mol.Biol.Rev.，69（1）：124-154.）

纤维素是世界上储量最大的生物质，占地球总生物量的40％。这么大的生物质来源，可以提供取之不尽的能源供应（Lin Y.,and S.Tanaka,2006,Ethanol fermentation from biomass resources:current state and prospects.Appl.Microbiol.Biotechnol.,69(3):627-642.）。而且纤维素是一种廉价的可再生自然资源，每年通过光合作用产生的纤维素高达1.55×10⁹吨，其中有近80％没有被人类所利用。因此纤维素的利用与转化对于解决世界能源危机、粮食和饲料短缺、环境污染等问题具有重要意义。纤维素是由吡喃型-D-葡萄糖通过β-1,4糖苷键连接而成的多聚物，一般由7,000－15,000个葡萄糖组成。

利用纤维素酶降解纤维素转化生产的燃料酒精代替石油作为能源可解决世界面临的能源危机，是可持续发展的战略(Mielenz J.2001,Ethanol production from biomass:technology and commercialization status.Current Opinion in Biotechnology,4:324-329.)。这是备受世界关注的问题。

纤维素的生物降解涉及到一组复合的纤维素酶系，酶系由三种作用方式不同但相互协同作用的酶组成：①内切葡聚糖酶(endo-1,4-β-D-glucanase,EC3.2.1.4)，这类酶作用于纤维素分子内部的非结晶区，随机水解β-1,4-糖苷键，产生大量的短纤维素链。这些纤维素链产生了新的末端;②外切葡聚糖酶(exo-1,4-β-D-glucanase,EC3.2.1.91)，这类酶作用于纤维素链的末端，水解β-1,4糖苷键，每次从链上切下一个纤维二糖分子；③β-葡萄糖苷酶(β-glucosidase,EC3.2.1.21)，这类酶将纤维二糖水解成葡萄糖分子，以消除二糖的底物抑制作用。在三类纤维素酶的协同作用下才能降解纤维素（Zverlov V．V．,G． A.Velikodvorskaya,and W． H.Schwarz,2002,A newly described cellulosomal cellobiohydrolase,CelO,from Clostridium thermocellum:investigation of the exo-mode of hydrolysis,and binding capacity to crystalline cellulose.Microbiology,148(1):247-255.）。其中内切葡聚糖酶优先作用于无定形纤维素，切割β-1，4主键，进而由外切葡聚糖酶和β-葡萄糖苷酶完成彻底降解（Glazer A.N.，Nikaido H.,Microbial Biotechnology.New York:W. H.Freeman and Company，1995.）。