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牛瘤胃纤维素酶eg 基因在乳酸菌中的克隆表达及酶学性质分析

2021-03-02邹爱爱魏亚琴杨宇泽孙康永杰万学瑞

草业科学 2021年12期

邹爱爱,魏亚琴,杨宇泽,曹 磊,孙康永杰,万学瑞,王 川

(1.甘肃农业大学动物医学院, 甘肃 兰州 730070;2.甘肃省科学院生物研究所/甘肃省微生物资源开发利用重点实验室 / 厌氧微生物中心, 甘肃 兰州 730000;3.北京市畜牧总站,北京 100107)

纤维素(cellulose)是植物细胞壁的主要成分,木质纤维素生物质包括农作物和森林残留物,是地球上最丰富的生物质资源[1]。随着我国畜牧业的发展,农作物秸秆等的纤维素产量越来越多,为缓解环境污染和促进能源循环利用,纤维素的生物降解现在已经开始被广泛研究。相比于化学和物理方法降解纤维素,生物降解法更加环保和高效,纤维素酶在生物降解利用纤维素的过程中起着关键作用[2]。牛瘤胃液中的微生物能分泌出活性较高的纤维素酶[3]。纤维素酶是纤维素降解的基础生物酶,主要由外切β-葡聚糖酶(1, 4-β-D-glucan cellobilhydrolase,EC 3.2.1.91)、β-葡 萄 糖 苷 酶(β-1, 4-glucosidase, EC 3.2.1.21, BG)和 内 切β-葡 聚 糖 酶(1, 4-β-D-glucan glucanohydrolase, EC 3.2.1.4)组成[4]。由eg基因所编码的内切葡聚糖酶作为纤维素酶系的主要成分,其结构包括纤维素结合结构域(cellulose binding domain)、连接桥(linker)和催化结构域(catalytic domain),这3 种结构在纤维素降解中起着至关重要的作用[5],该酶通过切割纤维素分子内部的非结晶随机水解β-1, 4糖苷键,将长链的纤维素分子截断,产生大量含非还原性末端的小分子纤维素,之后在外切葡聚糖酶(由cbh基因编码)和β-葡萄糖苷酶(BG)的共同作用下将纤维素彻底降解成葡萄糖[6],从而实现纤维素的彻底降解,目前纤维素酶已被广泛用于许多工业领域[7]。

目前,常见内切葡聚糖酶基因的表达系统有原核和真核表达系统,其中大肠杆菌(Escherichia coli)表达系统具有价格低廉、生长速度快、培养要求简单、重组子稳定等的优势,在科研中得到广泛的应用[8]。……

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