我科學(xué)家發(fā)現(xiàn)纖維素降解新機(jī)制

近日，山東農(nóng)業(yè)大學(xué)李多川教授課題組在研究中發(fā)現(xiàn)了纖維素氧化降解的新機(jī)制，首次鑒定出多糖單加氧酶可以氧化降解纖維素分子結(jié)構(gòu)中的碳6位，為提高纖維素利用率提供了新途徑。該成果發(fā)表在國(guó)際生物能源領(lǐng)域權(quán)威期刊《生物燃料的生物技術(shù)》上。

纖維素是構(gòu)成植物細(xì)胞壁的重要組分，是地球上最豐富的可再生資源之一。它可被纖維素酶降解為葡萄糖，而葡萄糖經(jīng)發(fā)酵可產(chǎn)生乙醇，作為生物新能源燃料使用。但秸稈、木材等原料中的木質(zhì)纖維素由于分子間結(jié)合緊密，很難通過纖維素酶降解，而化學(xué)降解方法的能耗和成本都非常高。近幾年有學(xué)者研究表明，多糖單加氧酶可作用于木質(zhì)纖維素的碳1和碳4位，從而氧化降解木質(zhì)纖維素，同時(shí)它還與其他纖維素酶協(xié)同作用，提高對(duì)木質(zhì)纖維素的降解效率。

李多川課題組從嗜熱毛殼菌中分離出一種多糖單加氧酶，并將其命名為嗜熱毛殼菌多糖單加氧酶(CtPMO1)。該課題組利用自己建立的溴氧化—飛行質(zhì)譜法，也就是酶解產(chǎn)物經(jīng)飽和溴水氧化后直接進(jìn)行飛行質(zhì)譜分析，高效鑒定出了嗜熱毛殼菌多糖單加氧酶對(duì)木質(zhì)纖維素氧化降解后的產(chǎn)物，證明了它不僅氧化纖維素的碳1和碳4位，而且氧化碳6位。他們通過進(jìn)一步的研究，證明嗜熱毛殼菌多糖單加氧酶與纖維素結(jié)合處的3個(gè)芳香族氨基酸殘基參與了氧化降解過程。

課題組認(rèn)為，對(duì)于生物燃料領(lǐng)域而言，科學(xué)家可以根據(jù)這一研究成果，研究針對(duì)碳6位的高效降解方式，以提高木質(zhì)纖維素的利用效率。在生物學(xué)研究領(lǐng)域，通過該成果可以推斷纖維素碳6位經(jīng)氧化降解后的產(chǎn)物進(jìn)一步分解，產(chǎn)生含有葡萄糖醛酸苷的纖維寡糖，而這種纖維寡糖可在多糖裂解酶、β-葡萄糖醛酸苷酶和葡萄糖苷酶作用下，降解為葡萄糖和相應(yīng)的有機(jī)酸，被生物體細(xì)胞代謝后利用。(王延斌 郭翠華 陳宸)

標(biāo)簽： 新機(jī)制 纖維素 科學(xué)家