生物質(zhì)轉(zhuǎn)化酶的改進

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1、生物質(zhì)轉(zhuǎn)化酶的改進:一個基本的研究視角論文翻譯ImprovingEnzymesForBiomassConversion:ABasicResearchPerspective生物質(zhì)轉(zhuǎn)化酶的改進:一個基本的研究視角班納吉1,約翰·S·斯科特-克雷格1和喬納森D.沃頓1(1)能源部大湖生物能源研究中心,植物研究實驗室,密歇根州立大學,東蘭辛,MI48824,USAJonathanD.沃頓的在線發(fā)布時間:2010年1月9日抽象植物生物質(zhì)原料轉(zhuǎn)化為可發(fā)酵糖酶的成本是一個實用的纖維素乙醇產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一大障礙。私人產(chǎn)業(yè)界,學術(shù)界和政府實驗室正在積極追求的目標降低成本的材料,如玉米秸

2、稈生物質(zhì)轉(zhuǎn)化成葡萄糖,木糖,和其他糖酶優(yōu)化研究。部能源大湖生物能源研究中心的主持下,我們采取幾種方法來解決這個問題,包括優(yōu)越的關(guān)鍵酶,蛋白質(zhì)工程,在植物中表達和高層次的“生物勘探”。一個特別的重點是發(fā)展合成酶的混合物,以了解已知的酶的數(shù)百重要在什么比例。一組核心包括切纖維素酶,內(nèi)切葡聚糖β-葡萄糖苷酶,木聚糖酶和β-葡萄糖苷酶。配件的酶包括酯酶,蛋白酶,非水解蛋白質(zhì)和糖基水解酶,裂解不太頻繁的植物細胞壁中發(fā)現(xiàn)的化學聯(lián)系。關(guān)鍵詞纖維素半纖維素酶木聚糖酶氨纖維膨脹玉米秸稈生物能源木糖苷酶,葡萄糖苷酶,纖維二糖水解酶內(nèi)切葡聚糖酶木霉曲霉介紹從木質(zhì)纖維素材料液體運輸燃料被

3、看作是一個重要的潛在替代石油[35]。預計纖維素乙醇有利于溫室氣體的分布,減輕對外國石油的依賴,彌補全球石油儲量減少,并提供了一個經(jīng)濟的推動作用[16]。最受歡迎的木質(zhì)纖維素生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為乙醇或其他液體燃料的戰(zhàn)略涉及多糖的酶催化的解聚反應。然而,酶本質(zhì)上是昂貴的,因為它們必須產(chǎn)生的生活系統(tǒng),在熱力學上是不穩(wěn)定的。由于木質(zhì)纖維素的化學和物理頑抗,酶負荷高降解率是必要的,以合理的。酶的最終成本是阻礙發(fā)展的一種經(jīng)濟可行的纖維素乙醇產(chǎn)業(yè)[40]的主要開支之一。生物質(zhì)轉(zhuǎn)化酶生物化學和植物木質(zhì)纖維素材料的化學和微生物酶,解聚,經(jīng)常被評論[12,40,58]。它提醒讀者的木素纖維

4、素材料轉(zhuǎn)化為可發(fā)酵糖的速率和效率的函數(shù)開始的生物質(zhì)材料,預處理,介于6至60的酶活性的參與,和的定義中的“可發(fā)酵糖”。不同的原料(木材,玉米秸稈,甘蔗渣等)受到不同預處理含有不同濃度(變量)不同的糖??紤]到所期望的最終產(chǎn)品的解聚,野生型的釀酒酵母(酵母)發(fā)酵葡萄糖但不木糖,,而木糖和纖維寡糖是可以接受的其他天然或工程微生物[28,51]。因此,生物質(zhì)源,預處理,酶混合物,發(fā)酵微生物是相互依存的變量。從研究最為透徹的酶系統(tǒng)的角度來看,結(jié)晶纖維素的解聚作用的心臟包括纖維二糖水解酶(CBH),內(nèi)切β1,4-葡聚糖酶(EG)和β-葡萄糖苷酶(BG)。半纖維素分解的酶學我們

5、的知識是那么廣泛。而纖維素是化學均勻,可在高純度的形式,半纖維素比較豐富,植物物種和組織之間在一個單一的工廠。雙子葉植物的半纖維素,例如,含有巖藻糖,O-乙酰化的半乳糖,α1,6-木糖取代的β1,4-葡聚糖[10,19,46]。酶活性,有必要在雙子葉植物的半纖維素降解的聯(lián)系,因此,包括β1,4-葡聚糖酶(可專門用于半纖維素,例如木葡聚糖),α-巖藻糖苷酶,α-葡糖苷酸酶,β1,4-木聚糖酶,α-和β-木糖苷酶,α-阿拉伯糖苷酶和酯酶的幾類。果膠是解構(gòu)果膠裂解酶,果膠酶,果膠,甲基酯酶,以及復雜的果膠(如鼠李I(lǐng)I)的情況下,可能是其他酶。對比草本雙子葉植物,谷類中含

6、有較低水平的果膠,更高水平的glucurononoarabinoxylan,和酯化的酚醛樹脂。這些成分的解聚的木聚糖酶,α1,2-和α1,3-阿拉伯糖苷酶,α-葡糖苷酸酶,和酯酶[55]。谷物也含有的混合聯(lián)動葡聚糖(MLG),局部地區(qū)發(fā)現(xiàn)高濃度的一些組織,如幼苗和胚乳墻。后者是干燥酒糟(DDG)的主要組成部分,玉米淀粉乙醇生產(chǎn)的副產(chǎn)品。MLG水解的一些常規(guī)的纖維素酶(即,β1,4-葡聚糖酶),也可以由專門的酶(稱為混合聯(lián)葡聚糖酶,β-葡聚糖酶,或地衣酶)。除了直接作用于植物細胞壁多糖的共價鍵的酶,間接發(fā)揮作用的酶,也可能是重要的纖維素分解。這種酶有三類。第一個非酶

7、蛋白質(zhì),有助于墻松動,如膨大和真菌和細菌的同源物[52]。第二組,可能會對間接關(guān)鍵酶是那些降解非糖苷的壁部結(jié)構(gòu)構(gòu)件,如木質(zhì)素和蛋白質(zhì),從而便利的糖基水解酶[44]。第三組可能是潛在的重要的輔助酶降解的小分子物質(zhì),預處理釋放,抑制降解酶的核心或下游發(fā)酵步驟[6,7,31]。生物酶的研究景觀目前生物質(zhì)解構(gòu)(以及對于大多數(shù)其他工業(yè)應用)的酶是來自于真菌,特別是木霉屬的物種(其有性階段被稱為肉座菌屬)和曲霉(有性階段翹孢霉屬)的。一些酶制劑,主要用于食品加工,從有絲分裂的子囊菌腐質(zhì)霉屬或從種芽孢桿菌的細菌,如。20世紀50年代以來,里氏木霉已遭受多輪菌種改良增強纖維素酶生

8、產(chǎn)[41]

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