纖維素酶水解作用機理

     纖維素分子是由許多吡喃型的D-葡萄糖殘基通過β-1,4葡萄糖苷鍵連接而成的多糖鏈,天然纖維素為直鏈式結構,鏈與鏈之間有晶狀結構和排列次序較差的無定形結構;纖維素分子以結晶或非結晶方式組合成微原纖維,微原纖維集束形成微纖維,以微纖維為基本構造構成纖維素。纖維素的結晶度一般在30%~80%之間。
     纖維素酶由三類組成:(1)內切葡聚糖酶(endo-1,4-β-D-glucanase,EC3-2-1-4,也稱EG酶或Cx酶);(2)外切葡聚糖酶(exo-1,4-β-D-glucanase,EC3-2-1-91),又稱纖維二糖水解酶(cellobiohydrolase,CBH)或C1酶;(3) β-葡萄糖苷酶(β-glucosidase,EC3-2-1-21),簡稱BG。
     纖維素酶解是一個復雜的過程,其最大特點是協同作用。內切葡聚糖酶首先作用于微纖維素的無定型區,隨機水解β-1,4-糖苷鍵,產生大量帶非還原性末端的小分子纖維素,外切葡聚糖酶從這些非還原性末端上依次水解β-1,4糖苷鍵,生成纖維二糖及其它低分子纖維糊精,在β-葡萄糖苷酶作用下水解成葡萄糖分子。這種協同作用普遍存在,除了上述協同作用,還可以發生在內切酶之間,外切酶之間,甚至發生在不同菌源的內切酶與外切酶之間。一般地說,協同作用與酶解底物的結晶度成正比。
     纖維素酶優先作用于纖維素的無定形區域,對結晶纖維素有一定的降解,但難度較大"值得慶幸的是,通過研究,我們對結晶纖維素降解的作用機制已有了一定的認識:在纖維素酶解的最初階段,EG和CBH能引起纖維素的分散化和脫纖化,使纖維素結晶結構被打亂導致變性,纖維素酶深入到纖維素分子界面之間,使其孔壁!腔壁和微裂隙壁的壓力增大,水分子介入其中,破壞纖維素分子之間的氫鍵,產生部分可溶性的微結晶。
     纖維素酶中單個組分的作用機制與溶菌酶相似,遵循雙置換機制。