白蚁肠道元基因组来源β-葡萄糖苷酶bgl2、bgl15和bgl17的酶学性质研究

摘要

随着化石能源的日益枯竭，能源问题成为当今社会所面临的主要问题之一。木质纤维素是太阳能重要的活体贮存形式，是地球上数量最大的一种可再生资源，利用木质纤维素生产乙醇等生物能源，不仅可以将废弃材料再利用，而且能够部分缓解日益增长的能源需求。寻找和开发具有高活力、高稳定性、耐高温等纤维素酶具有重要的工业应用价值。此外，纤维素酶也广泛应用于食品加工、纺织、动物饲料、造纸等各个领域。在利用纤维素酶水解纤维素的过程中，β-葡萄糖苷酶可作用于寡糖链催化生成葡萄糖，是纤维素降解过程中的限速步骤，因此，开发和研究新型β-葡萄糖苷酶具有重要的意义。
　　白蚁主要以木质纤维素为食，能够高效的对木质纤维素进行降解。研究表明，白蚁肠道中存在大量的共生微生物，在纤维素降解过程中起着至关重要的作用，是寻找木质纤维素降解酶的重要资源。随着分子生物技术的不断进步，元基因组技术成为木质纤维素酶挖掘的有效工具。
　　本文对短角球白蚁（Globitermes brachycerastes）的肠道元基因组文库中筛选得到的三个新型β-葡萄糖苷酶基因bgl2、bgl15、bgl17分别进行了克隆和异源表达，并且对它们酶学性质进行了研究。在这三种β-葡萄糖苷酶中，Bgl17属于糖基水解酶第一家族（GHF1），分子量为55 kD，该酶对特异性底物4-硝基苯基-β-D-吡喃葡萄糖苷（pNPG）的最适反应温度为70℃，最适 pH值为5.0。在最适反应条件下，该酶以pNPG为底物的比活力为115.69 U/mg。以同样底物测得其动力学参数Km和Vmax分别为0.81 mmol/L和227.27μmol/(ml?min)。Bgl2和Bgl15属于糖基水解酶第三家族（GHF3），分子量分别为110 kD和90 kD，以pNPG为底物的最适反应温度分别为40℃和45℃。Bgl2的最适pH为4.5，Bgl15具有较宽的pH容忍性，在最适温度下，在pH5.0至pH9.0之间活性均可以维持在最高水平。同样以pNPG为底物时，在各自的最适反应条件下，Bgl2和Bgl15的比活力分别为21.7 U/mg和2.33 U/mg。
　　以上研究表明，通过元基因组筛选得到的三个β-葡萄糖苷酶各自具有不同的特性，能够适应不同的温度和酸碱条件，具有一定的工业应用潜力。此外，Bgl17的最适温度远高于白蚁生存环境温度，为研究白蚁降解纤维素机理提供了参考。

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第1章 绪论

1.1 木质纤维素及其酶类

1.2白蚁木质纤维素降解系统

1.3元基因组在纤维素酶挖掘中的作用

1.4 β-葡萄糖苷酶

1.5 本文的主要内容

第二章 三个β-葡萄糖苷酶的克隆与异源表达

2.1 引言

2.2 材料与方法

2.3 结果与分析

2.4 讨论

2.5 本章小结

第三章 糖基水解酶第一家族β-葡萄糖苷酶Bgl 17的酶学性质研究

3.1 引言

3.2 材料与方法

3.3 结果与分析

3.4 讨论

3.5 本章小结

第四章糖基水解酶第三家族β-葡萄糖苷酶Bgl 2和Bgl 15的酶学性质研究

4.1 引言

4.2 材料与方法

4.3 结果与分析

4.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢