[发明专利]一种嗜碱链霉菌及其产生的中性内切葡聚糖酶和应用

说明书

技术领域

本发明属于生物技术领域，特别涉及一种嗜碱链霉菌及其产生的中性葡聚糖酶和应用。

背景技术

纤维素是植物纤维的主要成分，约占其干重的30～50％，是目前分布最广的天然碳水化合物，也是地球上最丰富、最廉价的可再生资源。随着世界人口的激增、全球经济的飞速发展、粮食的短缺和石油、煤炭和天然气等不可再生资源正以惊人的速度减少，可再生纤维素资源的开发利用已引起全世界的普遍关注，成为世界各国研究的重大课题。纤维素酶的研究为此开辟了一条广阔的途径，特别是近10年来，随着现代生物技术迅速发展，基因重组技术及其一系列分子生物学技术的应用，使这一领域的研究更为深入，并在应用上将显示出其潜在的价值。

纤维素酶(cellulase)是降解天然纤维素生成纤维素分子链、纤维二糖和葡萄糖的一组酶的总称。所以，纤维素酶不是单一成分的酶，而是一组酶系的总称。目前根据其催化功能的不同，普遍认为纤维素酶可分为由三类不同水解功能的酶组成：内切葡聚糖酶，外切葡聚糖酶，β-葡萄糖苷酶。

I、内切型葡萄糖苷酶(endo-1,4-β-D glucanase，EC3.2.1.4，简称EBG)，也称Cx酶、CMC酶、EG。这类酶作用于纤维素分子内部的非结晶区，随机识别并水解β-1,4-糖苷键，将长链纤维素分子截短，产生大量非还原性术端的小分子纤维素；

II、外切型葡萄糖苷酶(exo-1,4-β-D glucanase，EC3.2.1.91)，也称C1酶、微品纤维素酶、纤维二糖水解酶(cellobiohydrolase，简称CBH)，这类酶从纤维长链的非还原性末端水解β-1,4-糖苷键，每次切下一个纤维二糖分子；

III、β-葡萄糖苷酶(β-glucosidase，EC3.2.1.21，简称BG)又称纤维二糖酶，它能水解纤维二糖以及短链的纤维寡糖生成葡萄糖，对纤维二糖和纤维三糖的水解很快，随着葡萄糖聚合度的增加水解速度下降，这种酶的专一性比较差。

纤维素的降解必须依靠三种组分的协同作用才能完成。外切β-葡聚糖苷酶从纤维索的非还原多聚体末端水解1,4-β-糖苷键，将天然纤维素分解为直链纤维素，使其转变成水合非结晶纤维素；内切β-葡聚糖苷酶则水解纤维素的内在糖苷键，将直链纤维素内部切断，分解为纤维二糖和纤维寡糖；而β-葡萄糖苷酶则将纤维二糖分解成两个葡萄糖单位。

科学技术的日新月异，电子顺磁共振和频域荧光技、串联质谱仪、X-射线、傅立叶红外光谱仪等技术在纤维素酶结构研究方面的应用，使纤维素酶的结构越来越清晰的摆在人们面前，这也更有利于研究者们进一步的诠释纤维素酶的功能。在一级结构和三维结构的研究中人们发现，纤维素酶分子普遍具有类似的结构，全酶分子呈蝌蚪状，由具有独立活性的两个结构域和连结序列构成大多数纤维素酶都有由一个或多个催化结构域(catalytic domain,CD)和纤维素结合区(cellulose binding domain，CBD)组成，中间由一段可辨认的连接肽(linker peptide)所连接，只有少数微生物和高等植物产生的纤维素酶不具有这类结构域，如Trichoderma reesei EG的EG3就没有CBD结构域。同时还发现T.reesei的EGI和CBHI、腐殖菌属(Humicola spp.)的Humicola insolens的EGV、纤维单胞菌属(Cellulomonas.fum)的CenEG在没有CBD的情况下仍然能水解纤维素，说明对于有些外切或内切酶来说，CBD的结构在水解纤维素的过程中并不是不可缺少的。

催化结构域呈球形，主要体现酶的催化机制和对水溶性底物的特异性。内切酶的活性中心位点存在于一个开放的裂口(cleft)中，它可与纤维素链的任何部位结合并切断纤维素链；外切酶的活性中心位点存在于一个隧道(tunnel)内部，它从纤维素链的非还原末端切下纤维二糖。最先被阐明的催化结构域是T.reesei的CBHII的催化域结构，它是α/β由组成的筒状结构：由5个α螺旋和7条β链组成，活性部位由两个延伸至表面的环(loop)形成一个隧道状(tunnel)结构，长度大约2nm，包含4个结合位点，水解糖苷键发生在第2和第3结合位点之间。