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纤维素酶的结构与功能综述..
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研究生课程作业（综述）

题目：纤维素酶的结构与功能

食品学院食品工程专业
学号
学生姓名
课程食品酶学
指导教师
二〇一三年十二月
1
1
1 前言
酶是生物体组织或细胞内具有特殊催化活性的蛋白质，亦称生物催化剂。根据蛋白质分子的组成和盘曲折叠方式，可以将酶分为一级结构和高级结构（二级结构和三级结构），与酶的催化功能密切相关，结构的改变会引起酶催化作用的改变或丧失。1955年Sanger等报导了胰岛素的氨基酸序列，人们开始把视线注意在酶的结构上。随后1963年，核糖核酸酶的一级结构被测定，之后用X-ray crystallography测定了ribonulease，lysozyme，chymotrypsin，trypsin，papain和carboxypeptidaseA的三级甚至四级结构。一级结构就是指蛋白质分子中肽链的氨基酸残基的排列顺序，由于半胱氨酸侧链的巯基经氧化后，能形成—S—S—键，因此在蛋白质分子的链内或链间都有可能形成二硫键；二级结构指蛋白质分子的肽链本身三维空间的规律性；三级结构就是蛋白质的二级结构按照一定方式再盘曲折叠，并通过氢键和疏水键维系的结构。且酶蛋白的一级结构是基础，但必须有一定的空间构型（一般指二级、三级结构）时才呈现活性[1]。
酶的基本组成单位是氨基酸，20种氨基酸按不同顺序排列组合而成具有一定空间结构的多肽链，各种氨基酸还具有不同的侧链，各种侧链又有不同的化学反应性。它们的相互作用形成各种化学键，如离子键、氢键、疏水键等。酶分子的特定化学结构反映了一定的催化功能。酶与那些化学催化剂相比，有一些显著的催化功能，比如高效催化能力，以及在温和反应条件下的高度选择性。在有机合成领域，酶已经被作用催化剂选择性的合成有机混合物。所有的天然高分子聚合物生产都是通过酶的体内催化得到的[2]。
1961年国际酶学委员会（Enzyme Committee，EC）根据酶所催化的反应类型和机理，把酶分成6大类。如表1所示：
表1 酶的分类及其反应本质
大类
反应本质
亚类
亚—亚类
氧化还原酶
电子转移
供体中被氧化基团的性质
受体的类型
转移酶
基团转移
被转移基团的性质
被转移的基团的进一步描述
水解酶
水解
被水解的键的类型（酯键、肽键）
底物的类型：糖苷、肽等
裂合酶
键裂开
被裂开的键：C-S、C-N等
被消去的基团
异构酶
异构化
反应的类型
底物的类别、反应的类型和手性的位置
连接酶
键形成
被合成的键：C-C、C-O、C-N等
底物S1、底物S2、第三底物（共底物）几乎是核苷酸
自然界中，一切生命现象都与酶有关，生物体的新陈代谢过程都在酶的催化作用下进行，并受酶的控制和调节。如果离开了酶，新陈代谢就不能进行，生命也就停止。因此，酶学的研究有着重大的理论和实践意义。近年来，分子生物学领域，在不断涌现的新方法和新技术的推动下，使酶的结构与功能的关系愈加清晰。本文以纤维素酶为具体例子，详细介绍了纤维素酶的来源、结构、催化机制、应用等内容。
2 纤维素酶的概念
自1906年从蜗牛消化道发现纤维素酶以来，陆续报道了细菌、放线菌、丝状真菌等许多微生物中纤维素酶的存在。1954年开始，美军Natick实验室就已研究了军用纤维素材料微生物降解的防护问题，后来发现纤维素经微生物降解后，可产生经济、丰富的生产原料，且有望解决自然界不断产生的固体废物问题，于是纤维素酶得到了广泛的关注。
纤维素酶的来源
不同的微生物合成的纤维素酶在组成上有显著的差异，对纤维素的降解能力也大不相同。自然界可以产生纤维素酶的微生物主要有细菌、放线菌、真菌等。由于放线菌的纤维素酶产量极低，研究很少；细菌的产量也不高，且主要是内切葡聚糖酶，大多数菌所产纤维素酶对结晶纤维素没有活性，另外，所产生的酶是胞内酶或吸附于细胞壁上，很少能分泌到细胞外，增加提取纯化难度，在工业上很少应用。目前，用于生产纤维素酶的微生物菌种大多都是丝状真菌,其中产酶活力较强的菌种为木霉属(Trichoder-ma