[发明专利]一种编码β-葡萄糖苷酶的基因及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种编码β-葡萄糖苷酶的基因，特别是涉及克隆自厌氧菌株Clostridium.sp WGC702的一种新的编码β-葡萄糖苷酶的基因，该基因编码的蛋白质可用于纤维素的降解。

背景技术

纤维素酶是一种多组分的酶系，此酶指的是能降解纤维素β-1，4-葡萄糖苷键的一类酶的总称，因此，纤维素酶又有纤维素酶复合物之称，是一个有多种水解酶组成的复杂酶系，主要来自真菌和细菌(高凤菊，李春香，真菌和细菌纤维素酶的研究进展，唐山师范学报)。在细菌的大部分属中都有菌株能降解利用纤维素，从生理学特性上它们可分为三个类群：厌氧发酵型，通常是革兰氏阳性菌、好氧型革兰氏阳性菌、好氧滑动型菌株(Lynd L R，Weimer P J，ZylW.H.V，et al.Microbial cellulose utilization：fundamentals andbiotechnology.Microbiology and Molecular Biology Reviews，2002，66(3).506-557)。能降解天然纤维素的纤维素酶都是复杂的多酶体系，高效分解纤维素需要三种酶的协同作用：①内切葡聚糖酶(endo-1，4-β-D-glucanase，EC3.2.1.4，简称EG)作用于纤维素分子内部的非结晶区，随即水解β-1，4-糖苷键，将纤维素分子截短，产生大量带非还原性末端的小分子纤维素；②外切葡聚糖纤维二糖水解酶(exo-1，4-β-D-glucanase，EC3.2.1.91)又称纤维二糖水解酶(cellobiohydrolase，简称CBH)，它含有两种组分：CBH I和CBH II，作用于纤维素线状分子末端，水解β-1，4-糖苷键，每次切下一个纤维二糖分子；③β-葡萄糖苷酶(β-1，4-glucosidase，EC3.2.1.21，简称BG)，这类酶将纤维二糖水解成葡萄糖分子(Tomme P，Warrenraj，Gilkes N R.Cellulosehydrolysis by bacteria and fungi.Adv Microbiol Physiol，，1995，37.1-81)。

好氧细菌的三种纤维素酶是以各自独立的形式分泌到细胞外来水解纤维素的，而厌氧细菌的三种纤维素则联合形成一种纤维小体，结合在细胞壁上对纤维素进行降解(Lynd L R，Weimer P J，Zyl W.H.V，et al.Microbial cellulose utilization：fundamentals and biotechnology.Microbiology and Molecular Biology Reviews，2002，66(3).506-557)。

β-葡萄糖苷酶是纤维素酶系中的一种，是纤维素降解的限速酶。β-葡萄糖苷酶属于水解酶类，广泛存在于自然界的各种生物体中，从细菌到植物、动物都含有该酶，而且在其中行驶着不同的功能。在微生物(酵母、曲霉菌、木霉菌属及细菌)细胞内，它主要被作为纤维素酶的一种，水解结合于末端、非还原性的β-D-糖苷键，同时释放β-D-葡萄糖和相应的配基(王华夫、游小青，茶叶中β-葡萄糖苷酶活性的测定[J].中国茶叶，1996(3).16-17)。在纤维素的糖化作用中，β-葡萄糖苷酶功能是将纤维素二糖和纤维素寡糖水解成葡萄糖。β-葡萄糖苷酶的水解和糖化作用都能在工业生产中应用。但在纤维素组分中，β-葡萄糖苷酶含量少、活力低，成为纤维素降解的瓶颈(邵金辉，韩金祥，朱有名、吴围屏、吴坚美，β-葡萄糖苷酶在工农医领域的应用.生物化学，2005，25(1).22-24)。同时BGL在纤维素酶制剂中，酶蛋白含量最少，只占1％左右。

β-葡萄糖苷酶一个主要的应用就是用于纤维素降解。纤维素是葡萄糖以1，4糖苷键结合的聚合物，为细胞壁的构成成分，占植物干重的1/2-1/3，全球一年内由光合作用产生的纤维素达1000亿吨，是最丰富的可再生资源(潘利华，罗建平，β-葡萄糖苷酶的研究及应用进展，食品科学，2006，27(12).803-806)。要是能将纤维素应用于发酵食品工业原料，可以使我们摆脱了对谷物粮食的绝对依赖，缓解世界能源紧缺(许晶，、张永忠、孙艳梅，β-葡萄糖苷酶的研究进展，食品研究与开发，2005，26(6).183-186)。通过基因重组技术构建工程菌，分泌表达高活性β-葡萄糖苷酶对纤维素的有效降解具有重要的意义。