木质素降解酶的研究进展.doc

 胡雪竹 ( 南阳农业学校，河南南阳 473000) 摘要 从木质素降解酶的组成、作用机理、分子生物学研究、营养调控研究 4 个方面对木质素降解酶研究新进展进行了综述，并对木质 素降解酶在工农业固体废弃物处理方面的应用做了展望。 关键词 木质素; 木质素降解酶; 作用机理; 分子生物学; 营养调控 文献标识码 A 文章编号 0517 － 6611( 2011) 11 － 06326 － 03 中图分类号 S 183 Reach Advance of Ligninolytic Enzymes HU Xue-zhu ( Nanyang Agricultural School，Nanyang，Henan 473000) Abstract The paper reviews the research advance of ligninolytic enzymes from its composition，action mechanism，molecular biology research and nutrition regulation，and forecasts the application prospects of ligninolytic enzymes in the disposal of agricultural and industrial solid waste． Key words Lignin; Ligninolytic enzyme; Mechanism of action; Molecular biology; Nutrition regulation 2 + 木质素是一种最丰富的可再生大分子有机物，一般的微 生物很难分解，因此，木质素的降解也是能否有效利用纤维 素的关键［1］。降解木质素不仅可以缓解环境污染，还可以变 废为宝，实现资源再利用［2］。近几年来，关于木质素的研究 越来越深入，人们对于木质素的认知也越来越清晰。张辉等 认为木质素是由苯丙烷单元通过醚键和碳碳键连接而成的 聚酚类三维网状高分子芳香族化合物，结构复杂，分子量大， 是自然界中仅次于纤维素的最为丰富的有机物［3］。典型木 质素的基本结构单元的先体醇大致包括 3 种: 松柏醇、芥子 醇和对 － 香豆醇［4］。 化物 酶。两 者 都 需 要 H2 O2 催 化，MnP 还 要 有 Mn 的 参 与［8］。菌丝在生长过程中分泌出 LiP 和 MnP，由于酶的催化 作用，木质素结构中的苯环发生单电子氧化反应形成苯氧自 由基，随后发生一系列非酶催化的自由基反应而降解，包括 甲 氧 基 的 脱 除，侧 链 上 Cα -Cβ 、Cβ -Cγ 及烷基芳基醚键的断 裂［9］，直至苯环的裂解等。木质素的降解产物再被菌丝体吸 收，进一步氧化成 CO 和 H O［10］。由于 MnP 的氧化还原电 2 2 位较低，只能氧化酚型结构的木质素。而 LiP 有非常高的氧 化还原电势，是迄今为止发现的唯一一种可以单独氧化降解 非酚型木质素结构的过氧化物酶。 1 木质素降解酶的种类 木质素的生物降解在地球碳循环中有着极为关键的作 漆酶( Laccase) 大部分真菌除产生 LiP 和 MnP 外， 2． 2 还能产生漆酶。漆酶是含铜的氧化酶，分漆树漆酶和真菌漆 酶 2 类［11］。由于漆酶的含量较高，难以得到它的 X 射线衍 射图，所以它的三维空间构象还不十分清楚［12］。但 作 为 一 种多酚氧化酶，它在分子氧存在时能使羟基脱去质子形成酚 氧阴离子，引起木质素酚型结构单元侧链断裂，包 括 C － C 键、脱甲氧基、脱羟基等，铜在其中起决定作 用［13］。漆 酶 降 解木质素不需要 H2 O2 参与，因此有一定的优越性。但漆酶 由于其氧化还原电位较低，不能氧化占木质素含量 90% 的非 酚型木质素，只能氧化木质素的酚型结构单元。但在低分子 物质作为介质时，漆酶也可以氧化非酚型结构的木质素。 用，与木质素降解有关的酶最早在白腐真菌的胞外培养液中 发现。1978 年，Keyser 等用木质素降解酶系统 ( 1igninolytic enzyme system) 来概括对木质素降解起作用的这些酶［5］，尽 管当时并未分离到与降解活动直接有关的酶。1983 年，Tien 等在《Science》上发表研究论文，第 1 次报道了提取出的木质 素降解酶［6］。 目前，关于木质素降解酶的研究工作主要集中在白腐菌 所产生的酶系，研究最多的有 3 种: 木质素过氧化物酶( Lig- nin Peroxidase，LiP) 、锰 过 氧 化 物 酶 ( Manganese Peroxidase， MnP) 和漆酶( Laccase