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木质纤维素生物质是一种丰富的可再生资源。由于组分的异质性和结构的复杂性,木质纤维素的完全降解需要多种酶的协同作用。自然界中一些微生物能够产生种类复杂的高效木质纤维素降解酶系,深入研究木质纤维素降解酶系的协同作用和机制对于开发高效的复合酶制剂和提高生物质转化效率具有重要意义。对木腐担子菌裂褶菌SH12降解菊芋茎秆的酶系和机制进行了研究。与白腐菌和褐腐菌的模式菌株相比,裂褶菌能够产生更高水平的纤维素酶、半纤维素酶和果胶酶活力,主要降解纤维素和半纤维素等多糖,同时利用羟基自由基对木质素进行氧化修饰。裂褶菌产生多种过氧化氢产生酶和铁还原蛋白,参与羟基自由基的产生。在水解脱除木质素的天然底物时,裂褶菌酶制剂的纤维素转化率是商用酶制剂的2.4-3.8倍。采用液相色谱-串联质谱技术对裂褶菌的分泌蛋白质组进行鉴定,发现裂褶菌能够产生种类众多的碳水化合物降解酶,尤其是作用于多糖骨架和侧链的半纤维素酶和果胶酶,包括木聚糖酶、p-木糖苷酶、乙酰木聚糖酯酶、α-L-阿拉伯呋喃糖苷酶和果胶裂解酶。同时鉴定到多个非水解作用蛋白,包括多糖单加氧酶(Polysaccharide monooxygenase, PMO)和扩张蛋白,这些酶之间的协同作用是裂褶菌酶系具备高效水解能力的主要因素。在自然生态系统中,木质纤维素的降解大多由多种微生物组成的复杂群落完成。利用宏蛋白质组学技术对一个高效木质纤维素降解菌群EMSD5的胞外酶系和协同作用进行了研究。EMSD5中碳水化合物降解酶的分泌表达具有底物特异性,玉米秸秆诱导优势类群厚壁菌门(Firmicutes)的不同细菌产生多种木质纤维素降解酶,酶之间具有密切的协作关系。定量蛋白质组结果显示,EMSD5中降解酶的分泌存在表达时间的次序性和表达水平的差异性。木聚糖酶、纤维二糖水解酶和内切葡聚糖酶的蛋白丰度持续上升,是酶系中的核心降解酶。某些转运蛋白和假定蛋白与糖苷水解酶之间存在协调表达的现象,在EMSD5对木质纤维素的降解中具有潜在作用。EMSD5酶系能够促进里氏木霉商用酶制剂对稀酸预处理的玉米秸秆的水解性能,协同系数达1.96。克隆并表达了两个具有CBM1结构域的PMO rPc2980158和rPc3003776,研究了重组PMO和纤维素酶的协同作用。两个重组PMO能够提高里氏木霉商用纤维素酶制剂对微晶纤维素和预处理的柳枝稷的水解效率,对纤维素的活性依赖电子供体,多种二价金属离子都能够促进PMO的活性。全长蛋白比CBM1截短蛋白对底物具有更高的吸附能力,表明CBM1能够促进PMO对底物的结合。对于纤维素和预处理的天然底物,全长蛋白对纤维素水解的促进程度比截短蛋白更高,并且与底物吸附量具有更好的相关性,表明CBM1对纤维素的特异性吸附在PMO和天然底物的结合中起到主要作用,促进了PMO和纤维素酶的协同作用。在裂褶菌的分泌蛋白质组中发现一个潜在的碳水化合物活性酶Sc2146679,对其进行了异源表达和底物特异性研究。重组蛋白rSc2146679具有糖苷水解酶的功能,对支链淀粉、直链淀粉、纤维素和昆布多糖等多种葡聚糖底物具有水解活性,其主要作用位点是α-1,4-糖苷键,也能够剪切β-1,4-和β-1,3-糖苷键。72 h内rSc2146679可以将19%的支链淀粉转化为葡萄糖。