纤维素合酶的结构及细胞壁中纤维素的合成过程（综述）
莫文洲
(中国农业大学农学与生物技术学院植物108，1001080823)
摘要：纤维素地球上最丰富的生物大分子和最重要的可再生资源，，植物纤维素的生物
合成需要多个纤维素合成酶与其他相关酶，本文综述了从蛋白结构和基因组成上总结了纤维素合酶的特点以及植物细胞壁中纤维素合成的过程。
关键词：纤维素合酶纤维素的合成
纤维素是地球上数量最多的有机大分子物质，是构成细胞壁的基础物质，占初生细胞壁物质的20%~30%。纤维素分子是由β（1-4）连接的D-葡聚糖组成的高分子聚合物，并通过分子内氢键使其形成一种类螺旋状的结构。随着社会的快速发展，人类对植物纤维的需求激增，而过度利用自然界的植物纤维资源将对人类生存造成极大的破坏。植物纤维素生物合成机制的研究对材质改良，木材定向培育以及农业、造纸等化工业都十分重要。而纤维素主要有纤维素合酶来合成，所以对植物纤维素台酶基因及其蛋白的研究显得更有价值。要掌握纤维素合成酶基因的调控。
1.纤维素合酶的结构
1.1纤维素合酶蛋白结构特点
在不同植物的纤维素合成中，不同的纤维素合成酶(CesA)基因的具体作用是不同的，并且在纤维素的生物合成中，需要多个纤维素合成酶基目的共同作用。纤维素的糖基转移酶有两个催化位点。所有的CesA和Csl蛋白都具有跨膜蛋白的特征，在N一端与C一端具2个或多个跨膜区域，其中间为亲水胞内区，CesA与Csl蛋白之间最大的同源性出现在中间胞内区。植物纤维素合成酶的N末端一段氨基酸可形成一个特殊的结构域，类似于锌指状或LIM 转录因子构向，此种该结构域具有保守序列CxxC(半胱氨酸氨一x 半胱氨酸氨)，与蛋白间的相互作用有关。
其次，植物纤维素合成酶包含有2个高变区，其中一个在N端，约150个氨基酸残基，富含酸性氨基酸，另一个在A 区与B区之间，约5O个氨基酸。A 区和B区是植物纤维素合成酶基因所特有的保守区，A 区含有几个保守的天冬氨酸残基，排列特征为Dx?xDxD(D 为天冬氨酸)。B区除含有一个保守的天冬氨酸残基外，还有另一个序列QxxRw。A 区可结合纤维素合成的底物：尿苷二磷酸一葡萄糖，而B区则与纤维素合成酶的催化活性有关。
第三，纤维素合酶共有8个跨膜区，其中有两个在N一末端，另外6个在C一末端。N端和C端跨膜结构域之间约有550个氨基酸长度的间隔，具有典型的亲水性，可形成环状结构延伸至细胞质，称为胞内区。跨膜区是β—1，4-葡萄糖苷链穿过质膜进入细胞壁的重要通道。
1.2纤维素合酶的基因结构特点
因为纤维素合酶(CesA)多基因现象的存在，所以它与存在的大量纤维素合酶相似蛋白(Cs1)构成了一个庞大的超基因家族。目前，CesA基因R 基因家族已有40多个基因，并且在不断地增加着。CesA基因的长度大约在3．5～5．5 Kb之间，含有9～13个内含子，其内含子和外显子的边界区域是高度保守的，基因结构的差异主要决定于内含子的多少。CesA 基因转录产物介于3．O～3．5 Kb之间，编码的肽链长度约为985～1 088个氨基酸。
同时纤维素合酶本身的某些特异性序列决定其在初生或次生细胞壁中的表达，并非单独由启动子所决定。而CesA基因的表达主要是受转录水平的调控，很多植物的纤维素合成酶表达的一般规律：①不同的CesA基因成员在植物中的表达水平是不一样的，而且表达的部位也会有所不同②不同的CesA基因在植物不同部位的表达模式也不相同；③在不同细胞中CesA基因的表达是多个的④不同的CesA基因的表达受到不同因子的调控。
在不同的植物中有着不同植物纤维素合酶基因。
2.纤维素的合成机理
在植物的细胞壁中纤维素的含量很高。而纤维素的合成是在细胞质膜上的蛋白复合体---终端复合体上合成的，这个蛋白体上包含有多个纤维素合酶单位。在合成的过程中，多个纤维素合酶的基因的共同参与，还有其他的一些酶其辅助作用。大概的过程可以是：纤维素合酶将葡萄糖供体上的的葡萄糖基加到葡萄糖链上催化合成β（1-4）连接的D-葡聚糖。用于合成的葡萄糖供体是UDPG。UDPG来源于蔗糖。蔗糖合酶将蔗糖中的葡萄糖转化为PDUG，然后加在纤维素链上，纤维素合酶中的糖基转移酶有两个催化位点，纤维素链的延伸时每次都加入两个葡糖糖基，因此纤维素总是以二聚糖为重复单位。这只是纤维素合成的基本过程。
2.1纤维素的合成场所、底物以及过程
在纤维素的合成，受到更精密的基因和蛋白的调控。高等植物中纤维素的生物合成需要1个复杂的酶系复合体，这个酶系复合体为对称的玫瑰花环结构。（有的文献指出这个复合体到现在还没有给出完整的模型）有研究表明，它集中在纤维素聚集的部位，是由6个独立的球状蛋白复合体构成，直径为25～30nm，称之为纤维素合酶复合体。玫瑰花环结构的每个亚基合成6条葡萄糖链，形成36条链的微纤丝。对于玫瑰花环复合体，有的研究说明玫瑰花环复合体不仅具有合酶的功能，而且也可能具有将葡萄糖链运输到细胞质表面的功能，完整的玫瑰花环复合体在细胞膜上运动，是合成晶体化纤维素所必需的。玫瑰花环末端复合体是进行纤维素生物合成的场所。二磷酸尿苷葡萄糖(UDPG)是纤维素合成的直接底物。对于纤维素的合成，大概可以分为三个部分。1.与原生质膜相关的蔗糖合酶引导UDP一葡萄糖为纤维素合成提供底物；2.共同表达的多种CesA，组织形成六边形的多聚体——玫瑰花
环结构，将葡萄糖单体聚合成为葡聚糖链，同时回收释放出的UDPG返回到蔗糖合酶；3.与膜相关的纤维素酶KORⅪGAN(Kor)作为葡聚糖链转换为纤维素微纤丝的催化者，切开有缺陷的葡聚糖链。但是β（1-4）葡糖链延伸与起始是完全分开的两个过程。
2.2与纤维素合成相关的酶
纤维素除了由纤维素合酶合成以外，还受到其他各种酶的辅助合成。纤维素生物合成机制非常复杂，谷甾醇糖基转移酶、纤维素酶（Kor）、蔗糖合酶、细胞骨架蛋白、Rac13蛋白等都可能与纤维素合成有关。蔗糖合酶与纤维素生物合成的底物供给有关。
2.2.1 纤维素酶Kor
但很多文献对于纤维素酶的作用机理不太清楚，有人人为Kor研蛋白的作用可能是从正在延伸的葡聚糖链上切下SG引物，以保证葡聚糖链的继续延伸。也有另一种说法，认为I幻r蛋白的作用可能是移除非结晶葡聚糖链或释放无活性的纤维素合酶复合体，以利于微纤丝的顺利合成。
2.2.2 蔗糖合酶
纤维素合成过程中的另一个重要的酶——蔗糖合酶。因为纤维素的合成要以β（1-4）连接的D-葡聚糖为基本单位合成。蔗糖合酶的主要功能是分解蔗糖，蔗糖+UDP一果糖+UDPG，为纤维素的合成提供底物，UDP一葡萄糖不仅仅是葡基转移酶的直接底物，同时也是不同核苷糖和相应的非纤维素物质细胞壁碳水化合物的关键前体物质。
结束语
总的来说，仔细的看了几篇文献，对与纤维素合酶的结构的研究比较透彻。对于纤维素的合成过程的研究也很深入。但很多文献指出，纤维素的合成在细胞内比较高效，而目前很多研究者一直致力与纤维素的体外合成，但很多问题还得不到解决。纤维素有利与作物的改良和一些材料的质量的提高有很大的帮助，改良植物的性状还有很长的路要走。在植物纤维素生物合成领域是有非常广阔的研究空间。
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一.结构 纤维素是一种重要的多糖，它是植物细胞支撑物质的材料,是自然界最非丰富的生物质资源。在我们的提取对象－农作物秸秆中的含量达到450－460g/kg。纤维素的结构确定为β-D-葡萄糖单元经β－（1→4）苷键连接而成的直链多聚 体，其结构中没有分支。纤维素的化学式：C 6H 10 O 5 化学结构的实验分子式为 （C 6H 10 O 5 ） n 早在20世纪20年代，就证明了纤维素由纯的脱水D-葡萄糖的重复 单元所组成，也已证明重复单元是纤维二糖。纤维素中碳、氢、氧三种元素的比例是：碳含量为44.44％，氢含量为6.17％，氧含量为49.39％。一般认为纤维素分子约由8000～12000个左右的葡萄糖残基所构成。 O O O O O O O O O 1→4）苷键β-D-葡萄糖 纤维素分子的部分结构（碳上所连羟基和氢省略）二．天然纤维素的原料的特征 做为陆生植物的骨架材料，亿万年的长期历史进化使植物纤维具有非常强的自我保护功能。其三类主要成分－纤维素、半纤维素和木质素本身均为具有复杂空间结构的高分子化合物，它们相互结合形成复杂的超分子化合物，并进一步形成各种各样的植物细胞壁结构。纤维素分子规则排列、聚集成束，由此决定了细胞壁的构架，在纤丝构架之间充满了半纤维素和木质素。天然纤维素被有效利用的最大障碍是它被难以降解的木质素所包被。 纤维素和半纤维素或木质素分子之间的结合主要依赖于氢键，半纤维素和木质素之间除了氢键外还存在着化学健的结合，致使半纤维素和木质素之间的化学健结合主要在半纤维素分子支链上的半乳糖基和阿拉伯糖基与木质素之间。 表：植物细胞壁中纤维素、半纤维素、和木质素的结构和化学组成
纤维素酶的作用机理及进展的研究 摘要：纤维素酶广泛存在于自然界的生物体中，本文论述了纤维素酶的性质，重点介绍了纤维素酶的作用机理、应用及其研究进展，并对其研究前景做了展望。关键词：纤维素酶；纤维素；作用机理； 0引言 纤维素酶在饲料、酒精、纺织和食品等领域具有巨大的市场潜力，已被国内外业内人士看好，将是继糖化酶、淀粉酶和蛋白酶之后的第四大工业酶种，甚至在中国完全有可能成为第一大酶种，因此纤维素酶是酶制剂工业中的一个新的增长点。 纤维素占植物干重的35%-50%[1],是世界上分布最广、含量最丰富的碳水化合物。对人类而言，它又是自然界中最大的可再生物质。纤维素的利用和转化对于解决目前世界能源危机、粮食短缺、环境污染等问题具有十分重要的意义[2]。 1 纤维素酶的性质 纤维素酶是一种重要的酶产品，是一种复合酶，主要由外切β-葡聚糖酶、内切β-葡聚糖酶和β-葡萄糖苷酶等组成，还有很高活力的木聚糖酶活力。纤维素酶是四级结构，,产生纤维素酶的菌种容易退化，导致产酶能力降低。由于纤维素酶难以提纯，实际应用时一般还含有半纤维素酶和其他相关的酶，如淀粉酶（amylase）、蛋白酶（Protease）等。 纤维素酶的断键机制与溶菌酶一样，遵循双置换机制。纤维素与酶相互作用中，是酶被底物分子所吸附，然后进行酶解催化，酶的活性较低，仅为淀粉酶的1/100[3] 纤维素酶对底物分子的分解，必须先发生吸附作用。纤维素酶的吸附不仅与自身性质有关，也与底物密切相关，但纤维素酶的吸附机制总体并未弄清，仍需进一步研究[4]。 2 纤维素酶的作用原理 （1）、纤维素酶在提高纤维素、半纤维素分解的同时，可促进植物细胞壁的溶解使更多的植物细胞内溶物溶解出来并能将不易消化的大分子多糖、蛋白质和脂类降解成小分子物质有利于动物胃肠道的消化吸收。 （2）、纤维素酶制剂可激活内源酶的分泌，补充内源酶的不足，并对内源酶进行调整，保证动物正常的消化吸收功能，起到防病，促生长的作用。 （3）、消除抗营养因子，促进生物健康生长。半纤维素和果胶部分溶于水后会产生粘性溶液，增加消化物的粘度，对内源酶造成障碍，而添加纤维素酶可降低粘度，增加内源酶的扩散，提高酶与养分接触面积，促进饲料的良好消化。 （4）、纤维素酶制剂本身是一种由蛋白酶、淀粉酶、果胶酶和纤维素酶等组成的多酶复合物，在这种多酶复合体系中一种酶的产物可以成为另一种酶的底物，从而使消化道内的消化作用得以顺利进行。也就是说纤维素酶除直接降解纤维素，促进其分解为易被动物所消化吸收的低分子化合物外，还和其他酶共同作用提高奶牛对饲料营养物质的分解和消化。
细菌纤维素的研究进展 摘要：细菌纤维素是一种天然的生物高聚物，具有生物活性、生物适应性，具有独特的物理、化学和机械性能，例如高的结晶度、高的持水性、超精细纳米纤维网络、高抗强度和弹性模量等，因而成为近年来国际上新型生物医学材料的研究热点。概括细菌纤维素的性质，发酵过程，改性方法以及在生物医学材料上的应用。 关键词：细菌纤维素；改性；生物医学材料；应用 0 前言 细菌合成纤维素是在1886年由Brown首次报道的，是胶膜醋酸菌A.xylium 在静置培养时于培养基表面形成的一层白色纤维状物质。后来在许多革兰氏阴性细菌，如土壤杆菌、致瘤农杆菌和革兰氏阳性菌如八叠球菌中也发现了细菌纤维素的产生。细菌纤维素与天然纤维素结构非常相似，都是由葡萄糖以β一1，4一糖苷键连接而成的高分子化合物，此外，细菌纤维素相对于传统的纤维素资源又有其优势，如加工时不用去木质素，可合成高质量的纸或者加工成任何形状的无纺织物，还可通过发酵条件的改变控制合成不同结晶度的纤维素，从而可根据需要合成不同结晶度的纤维素。 从纤维素的发现至今已有一百多年的历史，但由于无合适的实验手段以及纤维素的产量较低，因此多年来一直未受到足够重视。近十几年来随着分子生物学的发展和体外无细胞体系的应用，细菌纤维素的生物合成机制已有了很深人的研究，同时在细菌纤维素的应用方面也有了很大进展。 1.细菌纤维素的结构特点和理化特性 1.1化学特性 经过长期的研究发现，BC和植物纤维素在化学组成和结构上没有明显的区别，均可以视为是由很多D-吡喃葡萄糖苷彼此以(1-4)糖苷键连接而成的线型高分子，相邻的吡喃葡萄糖的6个碳原子不在一个平面上，而是呈稳定的椅式立体结构。
《分解纤维素的微生物的分离》 1.下列有关微生物培养与应用的说法正确的是( ) A．天然培养基是指直接取自自然界不需加工的培养基 B．接种前需对培养基、培养皿、接种环、实验操作者的双手等进行严格的灭菌处理 C．大肠杆菌的纯化培养过程包括培养基的配制和纯化大肠杆菌两个阶段 D．分离分解尿素的细菌时，尿素是培养基中唯一的氮源和碳源 2.微生物与人类生产、生活密切相关，下列相关说法不合理的是( ) A．土壤中的微生物能降解多种化合物，是大自然的清洁工 B．生活中许多发酵产品需要微生物，如酿醋需要的关键细菌是酵母菌 C．可利用能分解纤维素的微生物分解秸秆，并将其产物转化为乙醇 D．许多微生物也可导致人类患病 3.微生物(除病毒外)需要从外界吸收营养物质，并通过代谢来维持正常的生长和繁殖。下列有关微生物营养的说法正确的是( ) A．纤维素分解菌与硝化细菌所利用的碳源物质是相同的 B．许多微生物(如细菌、放线菌)为原核生物，不含线粒体，所以只进行无氧呼吸，为厌氧型生物 C．培养基中的营养物质浓度越高对微生物的生长越有利 D．生长因子通常是微生物生长必需的，而微生物本身合成这些物质的能力往往不足 4.苯酚是工业生产排放的有毒污染物质，自然界中存在着降解苯酚的微生物，某工厂产生的废水中含有苯酚，为了降解废水中的苯酚，研究人员从土壤中筛选获得了只能降解利用苯酚的细菌菌株，筛选的主要步骤如下图所示，①为土壤样品。下列相关叙述错误的是( ) A．使用平板划线法可以在⑥上获得单个菌落
B．如果要测定②中的活细菌数量，常采用稀释涂布平板法 C．图中②培养目的菌株的选择培养基中应加入苯酚作为碳源 D．微生物培养前，需对培养基和培养皿进行消毒处理 5.要将从土壤中提取的自生固氮菌与其他细菌分离开来，应将它们接种在( ) A．含五大类营养物质的培养基上B．加入某种指示剂的鉴别培养基上 C．含蛋白胨等营养物质的培养基上D．无氮的选择培养基上 6.下列关于分离纤维素分解菌的实验的叙述，错误的是( ) A．经选择培养后将样品涂布到鉴别纤维素分解菌的培养基上 B．选择培养这一步可省略，但培养纤维素分解菌少 C．经稀释培养后，用刚果红染色 D．对照组可用同样量的培养液涂布到不含纤维素的培养基上 7.鉴别培养基是根据微生物的代谢特点在培养基中加入一些物质配制而成的，这些物质是( ) A．指示剂或化学药品B．青霉素或琼脂C．高浓度食盐D．维生素或指示剂8.在加入刚果红的培养基中会出现透明圈，产生的透明圈是( ) A．刚果红与纤维素形成的复合物B．刚果红与纤维二糖形成的复合物 C．纤维素分解后形成的葡萄糖导致的D．以纤维素分解菌为中心形成的 9.在分离分解纤维素的微生物实验中，下列关于土壤取样的叙述，不正确的是( ) A．可选取深层的土壤作为样品 B．可选取树林中多年落叶的腐殖土作为样品 C．可选取树林中多年积累的枯枝败叶作为样品 D．可把滤纸埋在土壤中经过30 d左右，再选取已腐烂的滤纸作为样品 10.下列有关纤维素分解菌分离实验的说法中，不正确的是( ) A．通常采用刚果红染色法筛选纤维素分解菌
纤维素合酶的结构及细胞壁中纤维素的合成过程（综述） 莫文洲 (中国农业大学农学与生物技术学院植物108，1001080823) 摘要：纤维素地球上最丰富的生物大分子和最重要的可再生资源，，植物纤维素的生物 合成需要多个纤维素合成酶与其他相关酶，本文综述了从蛋白结构和基因组成上总结了纤维素合酶的特点以及植物细胞壁中纤维素合成的过程。 关键词：纤维素合酶纤维素的合成 纤维素是地球上数量最多的有机大分子物质，是构成细胞壁的基础物质，占初生细胞壁物质的20%~30%。纤维素分子是由β（1-4）连接的D-葡聚糖组成的高分子聚合物，并通过分子内氢键使其形成一种类螺旋状的结构。随着社会的快速发展，人类对植物纤维的需求激增，而过度利用自然界的植物纤维资源将对人类生存造成极大的破坏。植物纤维素生物合成机制的研究对材质改良，木材定向培育以及农业、造纸等化工业都十分重要。而纤维素主要有纤维素合酶来合成，所以对植物纤维素台酶基因及其蛋白的研究显得更有价值。要掌握纤维素合成酶基因的调控。 1.纤维素合酶的结构 1.1纤维素合酶蛋白结构特点 在不同植物的纤维素合成中，不同的纤维素合成酶(CesA)基因的具体作用是不同的，并且在纤维素的生物合成中，需要多个纤维素合成酶基目的共同作用。纤维素的糖基转移酶有两个催化位点。所有的CesA和Csl蛋白都具有跨膜蛋白的特征，在N一端与C一端具2个或多个跨膜区域，其中间为亲水胞内区，CesA与Csl蛋白之间最大的同源性出现在中间胞内区。植物纤维素合成酶的N末端一段氨基酸可形成一个特殊的结构域，类似于锌指状或LIM 转录因子构向，此种该结构域具有保守序列CxxC(半胱氨酸氨一x 半胱氨酸氨)，与蛋白间的相互作用有关。 其次，植物纤维素合成酶包含有2个高变区，其中一个在N端，约150个氨基酸残基，富含酸性氨基酸，另一个在A 区与B区之间，约5O个氨基酸。A 区和B区是植物纤维素合成酶基因所特有的保守区，A 区含有几个保守的天冬氨酸残基，排列特征为Dx?xDxD(D 为天冬氨酸)。B区除含有一个保守的天冬氨酸残基外，还有另一个序列QxxRw。A 区可结合纤维素合成的底物：尿苷二磷酸一葡萄糖，而B区则与纤维素合成酶的催化活性有关。
纤维素的结构 引言 纤维素是地球上存在的最丰富的可再生有机资源, 在高等植物、细菌、动物、 海藻等生物中广泛存在, 每年总量有几百亿吨, 具有巨大的经济开发价值[1]。五 十年代至六十年代，由于合成高分子材料的兴起，纤维素资源的开发研究受到极大的影响。七十年代初期，由于国际上出现了石油危机，这种曾被忽视的可更新资源又再次被重视起来.能否利用这些丰富的可再生资源是解决未来能源问题的关键因素。因此，世界各国都很重视纤维素的研究与开发[2]。纤维素结构是纤维素性能研究及应用的基础，本文就纤维素的化学剂物理结构进行了概述。 1纤维素的化学结构 纤维素的元素组成为：C=44.44%，H=6.17%,O=49.39%, 其化学实验式(C 6H 10O 5)n （n 为聚合度，一般高等植物纤维素的聚合度为7000—150000）[3] 纤维素大分子的基环是脱水葡萄糖，其分子式为(C 6H 10O 5)。纤维素的化学结构是由D-吡喃葡萄糖环彼此以β- 1, 4-糖苷键以C1椅式构象联结而成的线形高分 子化合物[4]，其结构表达式如图1所示。 非还原端 纤维二糖 还原端 图1 纤维素链结构 除两端的葡萄糖基外，每个葡萄糖基上都有三个游离羟基，分别位于C 2、C 3和C 6位上，所以纤维素的分子可以表示为[[C 6H 7O 2(OH)3]n,其中C 2和C 3位上为仲醇羟基，C 6位上为伯醇羟基，他们的反应能力不同，对纤维素的性质具有重要影 响，如纤维素的酯化、醚化、氧化和接枝共聚，以及纤维素之间的分子间氢键作用，纤维素的溶胀与水解都与纤维素的羟基有关。 纤维素大分子两端的葡萄糖末端基，其结构和性质不同，一端的葡萄糖末端基在C4上存在一个苷羟基，此羟基的氢原子易转移，与基环上的氧原子结合，使氧环结构转变为开链式结构，在C1处形成醛基，具有潜在还原性，固有隐形醛基之称。左端的葡萄糖末端为非还原性的，由于纤维素的每一个分子链一端是还原性，另一端是非还原性，所以纤维素分子具有极性和方向性。 纤维素以及糖链形成以后，其葡萄糖残基上的经基和分子间或者内部的经基基团形成稳定的氧键网络，平行面上的糖链形成稳定的一层糖链片层，使纤维糖链形成极为稳定的超大分子，图2为糖链片层的结构模型。
本技术介绍了一种来自辣椒疫霉菌的纤维素合酶蛋白PcCesA2和PcCesA4及其编码基因与应用。本技术的纤维素合酶蛋白序列为如序列3或序列4。PcCesA2蛋白缺失后辣椒疫霉菌丝生长减慢、休止孢畸形膨大且萌发率降低、细胞壁结构变化、菌落形态改变、致病力降低等；PcCesA4蛋白缺失后辣椒疫霉菌丝生长减慢、游动孢子数量减少、致病力降低等；PcCesA2和PcCesA4蛋白同时缺失后辣椒疫霉菌丝生长减慢、游动孢子数量减少、休止孢畸形膨大且萌发率降低、细胞壁结构变化、菌落形态改变、致病力降低等。以上结论均为探究辣椒疫霉发育及致病分子机制提供了技术基础，为未来新型杀菌剂的研发提供了分子靶标。 技术要求 1.一类辣椒疫霉病菌(Phytophthora capsici)纤维素合酶蛋白，是如下A1)或A2)或A3)或A4)的蛋白质： A1)氨基酸序列是如SEQ ID NO.3或SEQ ID NO.4所示的蛋白质； A2)在如SEQ ID NO.3或SEQ ID NO.4所示蛋白质的N端和/或C端连接标签得到的融合蛋白质； A3)将如SEQ ID NO.3或SEQ ID NO.4所示的氨基酸序列经过一个或几个氨基酸残基的取代和/或缺失和/或添加得到的具有相同功能由SEQ ID NO.3或SEQ ID NO.4所示的蛋白衍生的蛋白质； A4)与如SEQ ID NO.3或SEQ ID NO.4所示的氨基酸序列相似性在75％以上，优选在85％以上，更优选在95％以上且具有与如SEQ ID NO.3或SEQ ID NO.4所示的氨基酸序列相同功能的氨基酸序列。 2.编码权利要求1所示的纤维素合酶蛋白的编码基因；优选的，所述编码基因为如下B1)或B2)或B3)： B1)序列表中SEQ ID NO.1或SEQ ID NO.2或SEQ ID NO.9所述的核苷酸序列所示的DNA分子； B2)与B1)所示的核苷酸序列的具有75％以上或85％以上或95％以上同一性，且编码权利要求1中所述纤维素合酶蛋白的cDNA分子或DNA分子； B3)在严格条件下与B1)或B2)限定的核苷酸序列杂交，且编码权利要求1中所述纤维素合酶蛋白的cDNA 分子或DNA分子。 3.权利要求2所述的编码基因转录得到的RNA分子； 优选的，所述RNA分子的序列为如下C1)或C2)： C1)与如SEQ ID NO.1或SEQ ID NO.2所示的DNA序列转录的RNA序列的相似性在75％以上，进一步优选在85％以上，更优选在95％以上且具有与如SEQ ID NO.1或SEQ ID NO.2所示的DNA序列转录的RNA序列相同功能的RNA序列； C2)如SEQ ID NO.1或SEQ ID NO.2所示的DNA序列转录的RNA序列。
细菌纤维素 摘要：细菌纤维素是一种新型的生物纳米材料材料，具有广泛的发展前景.本文从细菌纤维素的组成和结构入手，列举了细菌纤维素合成研究过程中的方法，并进一步对细菌纤维素在环境中的应用进行阐述，最后对未来细菌纤维素发展趋势作出了展望。 关键词：细菌纤维素，纳米材料，应用 众所周知，纤维素是自然界中最丰富且具有生物可降解性的天然高分子材料，是高分子化学诞生和发展阶段的主要研究对象之一。在当今世界面临人口、资源、环境和粮食四大问题的情况下，大力开发取之不尽用之不竭的天然高分子材料造福于人类，具有重要战略意义。 目前，人类获得纤维素的途径主要通过树木、棉花等职务光合作用合成和微生物合成。为了区别于植物来源的纤维素，称微生物合成的纤维素为微生物纤维素或者是细菌纤维素（简称BC）。细菌纤维素最初在1886年，用英国科学家Brown AJ利用化学分析方法确定。当时他发现在传统酿造液表面生成的类似凝胶半透明膜状物质为纤维素，在光学显微镜下观察到发酵生产的菌膜中存在菌体[1]。自然界中有少数细菌可以产生纤维素，其镇南关木醋菌属中的木醋杆菌（简称Ax）合成纤维素的能力最强，最具有大规模生产的能力。Ax合成细菌纤维素在纯度、抗拉强度、杨氏模量等理化性能方面均优于植物纤维素，且具有较强的生物性，在自然界中可以直接降解，是一种环境友好，性能优异型材料[2]。近年来引起了人们广泛的研究兴趣和关注。 1.细菌纤维素的结构和特性 1.1细菌纤维素的结构 经过长期的研究发现，细菌纤维素和植物纤维素在化学组成和结构上没有明显的区别，都可视为D-吡喃葡萄糖单体以糖苷键连接而成的直链多糖，直链间彼此平行，不呈螺旋结构，无分支结构，又称β-1, 4-葡聚糖。但相邻的吡喃葡萄糖的6个碳原子并不在同一平面上，而是呈稳定的椅状立体结构，数个邻近的β-1, 4-葡聚糖通过分子链内与链间的氢键作用形成稳定的不溶于水的聚合物[3]。 1.2细菌纤维素的性质 1.2.1 细菌纤维素的独特性质 细菌纤维素和植物或海藻产生的天然纤维素具有相同的分子结构单元, 但细菌纤维素纤维却有许多独特的性质。①细菌纤维素与植物纤维素相比无木质素、果胶和半纤维素等伴生产物，具有高结晶度（可达95%，植物纤维素的为65%）和高的聚合度(DP值2 000～8 000)； [4]②超精细网状结构。细菌纤维素纤维是由直径3～4 纳米的微纤组合成40～60 纳米粗的
结晶纤维素降解酶的研究进展 吴窈画，彭惠，邵蔚蓝!（南京师范大学微生物工程重点实验室，江苏南京 210097） 摘要纤维素的结晶区是纤维素酶降解纤维素效率不高的制约因素。在纤维素生物降解的基础上，从产结晶纤维素酶的微生物，酶的作用机理，酶的基因工程与蛋白工程，以及结晶纤维素酶的研究前景等方面对结晶纤维素的降解作了综合评述。 关键词结晶纤维素；降解酶；纤维小体 中图分类号@936文献标识码A文章编号0517-6611（2007）09-02532-03 Study on the Crystalline Cellulose-degrading Enzyme WU Yao-hua et al（The Key Laboratory of Microbioioy Engineering，Nanjing Normai University，Nanjing，Jiangsu210097） Abstract Despite its simpie chemicai composition，ceiiuiose exists in a number of crystaiiine and amorphous topoiogies.Its insoiubiiity and heterogeneity makes native ceiiuiose a recaicitrant substrate for enzymatic hydroiysis.On the basis of the hydroiysis of ceiiuiosic biomass，in this review the basic research on crystaiiine ceiiuiose-degrading enzyme was concerned.Main aviceiase-producing organisms were described.A mechanistic modei for the action of enzyme compiexes on the surface of insoiubie substrates，some opportunities of ceiiuiase improvement by means of gene and protein engineering and its biotechno-iogicai perspectives were discussed. Key words Crystaiiine ceiiuiose；Ceiiuioiytic enzyme；Ceiiuiosome 纤维素是地球上年产量巨大、可再生的一种自然资源，利用其进行生物转化提供有益物质，对于当前人类解决能源危机、粮食短缺、环境污染等问题具有极其重要的意义［1］。微生物及其产生的纤维素酶能够降解纤维素，一直是纤维素酶及其应用研究领域的主要热点［2］。 天然纤维素的彻底降解至少需要4种组分的参与：①纤维素结合结构域与底物的吸附与解吸附；②内切葡聚糖酶作用于纤维素的非结晶区，将长链纤维素分子截断，产生大量带非还原性末端的小分子；③外切葡聚糖酶作用于纤维素线状分子末端，水解p-1，4糖苷键，产生纤维二糖分子；④p-葡萄苷酶将纤维二糖分子水解成葡萄糖。由于天然纤维素链倾向于缠绕在一起，形成结晶状不溶性的刚性结构，导致生物降解的天然抗性［3］。目前大部分纤维素酶的研究常用底物是高水溶性的羧甲基纤维素钠（CMC-Na），这在一定程度上削弱了纤维素酶“分解纤维素”的意义。 近年来，国内外关于纤维素结构、纤维素酶作用于结晶纤维素表面的模式和降解纤维素的多酶复合体结构的研究有了很大进展。笔者在纤维素生物降解的基础上，对结晶纤维素降解的产酶微生物、酶的作用机理、酶的基因工程与蛋白工程，及其研究进展进行综述。 1纤维素的结晶结构及其分解菌 1.1纤维素的结晶结构纤维素是以纤维二糖为基本单位，由许多葡萄糖残基以p-1，4糖苷键连接而成的线性高分子结构，分子聚合度变化大，一般为8000~10000个葡萄糖残基。纤维素链通过氢键的缔合作用形成纤维束，分子密度大的区域成平行排列形成结晶区，分子密度小的区域分子间隙小，定向差，形成无定形区。无定形区易被单一的内切葡聚糖酶降解，而结晶区则需要多个酶组分之间的共同作用。 1.2结晶纤维素分解菌及其产生酶能够利用和分解纤维素的物种多，如微生物、植物及昆虫等。真菌、细菌、放线菌等在一定条件下均可产生纤维素酶，但结晶纤维素降解的研 基金项目江苏省高技术研究项目（BG20050326）。 作者简介吴窈画（1981-），女，安徽安庆人，硕士研究生，研究方向：微生物分子生物学。!通讯作者。 收稿日期2006-11-29 究多集中在一些嗜热菌和极端嗜热菌的高温转化上［4-5］。 结晶纤维素分解菌对结晶纤维素的降解可分为好氧降解和厌氧降解2大途径。好氧性细菌如纤维单胞菌（Cellu-lomonas）、褐色高温单胞菌（Thermomonospora）、欧文氏菌（Eri-winia）和假单胞菌（Pseudomonas）。有氧菌产单一酶系与好氧真菌产酶相似。酶系统研究最多的是C.fimi和T.fusca，其产生的胞外酶对结晶纤维素的作用远小于对CMC-Na的作用［6］。厌氧性细菌如芽孢梭菌属（Clostridium）和瘤胃球菌（Ruminococcus），对极端环境的耐受性好，可以产生高比活力的降解酶，这些酶常聚集形成多酶复合体的结构称为纤维小体（cellulosome），这种稳定的复杂酶系能较迅速地降解结晶纤维素［7-8］。在这方面对厌氧嗜热纤维素分解菌的研究最多。2纤维素降解酶的作用机理 2.1降解酶分子的结构大多数纤维素酶分子都具有类似结构即球状催化结构域（Cataiytic Domain，CD），连接桥（Link-er）和没有催化作用的纤维素结合域（Ceiiuiose Binding Do-main，CBD）3部分。CD主要体现酶的催化活性及对底物的特异性。内切葡聚糖酶的活性位点位于一个开放的裂口中，允许整条纤维素链进入，随机水解糖苷键；外切葡聚糖酶的活性中心位于一个环状通道中，只允许纤维素的末端逐步进入并将其水解。所有纤维素酶的CD都很大，占整个蛋白分子的70%，根据酶的序列分析发现CD是高度可变的［1］。 CBD又称为纤维素结合模块（Ceiiuiose Binding Moduie，CBM），通过结晶学和核磁共振等技术对各家族来源的CBD 结构研究表明，其功能是将相邻的CD呈递到纤维素底物上。 C.fimi的CenA或CenX单独的CBD不具备对底物的水解活力，但能破坏棉纤维形成短纤维，具有疏解结晶纤维素的能力，因此CBD对酶的催化活力是必需的，具有调节酶对可溶性和非可溶性底物专一性活力的作用［9］。 Linker是一段富含脯氨酸和羟基氨基酸，高度糖基化的连接肽，其作用可能是保持CD和CBD之间的距离；有助于同酶分子间形成较为稳定的聚集体。 2.2降解机制天然纤维素的微生物降解机制被普遍接受的是协同理论（Snergism）。目前已报道的有4种协同机制：①内切—外切协同，存在于内、外切葡聚糖酶之间；②外切—外 安徽农业科学，Journai of Anhui Agri.Sci.2007，35（9）：2532-2534责任编辑孙红忠责任校对李菲菲
研究生课程作业（综述）题目：纤维素酶的结构与功能 食品学院食品工程专业 学号 学生姓名 课程食品酶学 指导教师 二〇一三年十二月
纤维素酶的结构与功能 摘要：人类的生命活动离不开酶，生物体的一切新陈代谢活动都离不开酶，并且工业酶产业正在迅速发展。本文简单阐述了酶的结构与功能，重点以纤维素酶为例子，阐述它的来源、结构、分类、催化机制以及在各行业的应用，并对纤维素酶的发展前景作了一定展望。 关键词：纤维素酶结构家族功能 The structure and function of cellulase Abstract:Human's life activities is dependent on the enzyme,and all the metabolic activity of organisms cannot leave the enzyme, and industrial enzyme industry is developing rapidly.This article simply expounds the structure and function of enzymes.The key to cellulose enzyme as an example,expounds its source,structure, classification,catalytic mechanism and application in various industries,and lastly expect the development prospect of cellulase. Keywords: cellulase structure family function 1
专题2 微生物的培养与应用 课题2.3 分解纤维素的微生物的分离 一、【课题目标】 （一）知识与技能 简述纤维素酶的种类及作用，从土壤中分离出分解纤维素的微生物；掌握从土壤中分离某种特定微生物的操作技术 （二）过程与方法 分析分离分解纤维素的微生物的实验流程，弄懂实验操作的原理 （三）情感、态度与价值观 领悟科学探究的方法，发展科学思维和创新能力 二、【课题重点】 从土壤中分离分解纤维素的微生物 三、【课题难点】 从土壤中分离分解纤维素的微生物 四、【教学方法】 启发式教学 五、【教学工具】 多媒体课件 六、【教学过程】 （一）引入新课 上节课我们探讨学习了土壤中尿素分解菌的分离与计数，这节课我们以纤维素分解菌的分离与纯化为例，巩固加深对这方面技术的理解和掌握。 （二）进行新课 1．基础知识 活动1：阅读“纤维素与纤维素酶”，回答下列问题： 1．1纤维素是一种由葡萄糖首尾相连而成的高分子化合物，是含量最丰富的多糖类物质。纤维素能被土壤中某些微生物分解利用，这是因为它们能够产生纤维素酶。 延伸：草食性动物是怎样消化食物中纤维素的？肠胃中的共生物生物。 1．2棉花是自然界中纤维素含量最高的天然产物。纤维素的分解需要在纤维素酶的催化作用下完成，请完成下列过程： 〖思考1〗实验分析：P27的小实验是如何构成对照的？ 在一支试管中添加纤维素酶，另一支试管不添加纤维素酶；尽管醋酸－醋酸钠缓冲液用量不同，但都能维持相同的pH。 〖思考2〗1个酶活力单位是指在温度为 25 ℃，其它反应条件最适宜情况下，在 1 min内转化 1mmol 的底物所需要的酶量。 活动2：阅读“纤维素分解菌的筛选”，回答下列问题： 1．3筛选纤维素分解菌的方法是刚果红染色法。该方法可以通过颜色反应直接筛选。 2．4其原理是：刚果红可以与纤维素形成红色复合物，当纤维素被纤维素酶分解后，红色复合物无法形成，出现以纤维素分解菌为中心的透明圈，我们可以通过是否产生透明圈来筛选纤维素分解菌。 2．实验设计 活动3：完成实验方案流程图，讨论回答问题：
纤维素结构 structure of cellulose 包括纤维素的化学结构和物理结构。 纤维素的化学结构纤维素是由D-吡喃型葡萄糖基（失水葡萄糖）组成。简单分子式 为[kg2](C H10O)；化学结构式可用下二式表示： 霍沃思式是由许多D-葡萄糖基（1-5结环）,藉1-4,β-型联结连接起来的,而且连接在环上碳原子两端的OH和H位置不相同，所以具有不同的性质。式中为聚合度。在天然纤维素中,聚合度可达10000左右；再生纤维素的聚合度通常为200～800。在一个样品中，各个高分子的聚合度可以不同，具有多分散性。 [1045-05] 椅式由于内旋转作用，使分子中原子的几何排列不断发生变化，产生了各种内旋转异构体，称为分子链的构象。纤维素高分子中，6位上的碳-氧键绕5和6位之间的碳-碳键旋转时,相对于5位上的碳-氧键和5位与4位之间的碳-氧键可以有三种不同的构象。如以g表示旁式,t表示反式，则三种构象为gt、tg、和gg（图1[C(6位)上O H基团的 构象]H基团的构象" class=image>）。多数人认为,天然纤维素是gt构象，再生纤维素是tg构象。 [1045-06] 在纤维素分子链中，存在着氢键。这种氢键把链中的O(6位上的氧)与O2'以及O与
O5'连接起来使整个高分子链成为带状，从而使它具有较高的刚性。在砌入晶格以后, 一个高分子链的O与相邻高分子的O之间也能生成链间氢键（图2[纤维素高分子的链中 和链间氢键]）。 纤维素的物理结构晶胞及其参数具有一定构象的纤维素高分子链按一定的秩序堆砌，便成为纤维素的微晶体，微晶体的组成单元称为晶胞。代表晶胞尺寸的参数可以从纤维素的宽角X射线图象（图3[纤维素的宽角X射线纤维图 象]）直接算出。 在纤维素中存在着化学组成相同，而单元晶胞不同的同质多晶体（结晶变体）,常见的结晶变体有四种,即纤维素Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ。四种结晶变体的晶胞参数见表[纤维素的各种结晶变体的晶胞参
浙江理工大学 二O一O年硕士学位研究生招生入学考试试题 考试科目：植物纤维化学代码：963 （*请考生在答题纸上答题，在此试题纸上答题无效） 一、名词解释（3×5=15分） 1. 亲电试剂 2. 玻璃转化点 3. 结晶度 4. 剥皮反应 5. —纤维素 二、选择题(2×10=20分(1-6单选，7-10多选)) 1. 针叶材的管胞约占木质部细胞总容积的二-1。 A 45-50%B90-95%C60-70%D30-50% 2. 我们所得到的分离木素中二-2木素和原本木素结构是一样的。 A磨木B Brauns C 硫酸 D 没有一种 3. 无论是碱法还是亚硫酸盐法制浆、脱木素化学过程主要是一种二-3反应。 A 亲电 B 氧化 C 磺化 D 亲核 4. 用NaClO2处理无抽提物木粉、使木素被氧化而除去，剩下的产物为：二-4。 A 综纤维素 B β－纤维素 C 克－贝纤维素 D 氧化纤维素 5. 碱法制浆中、部分木素结构单元的α-醚键断裂后形成二-5中间产物。 A 亚甲基醌 B 正碳离子 C 酚型结构 D 非酚型结构 6. 木素生物合成过程中、不属于首先合成的木素结构单元是：二-6。 A 香豆醇 B 紫丁香醇 C 松柏醇 D 芥子醇 7. 在酸性亚硫酸盐制浆中、木素的缩合方式主要有：二-7。 A Cβ-C5 B Cα-C6 C Cα-C1 D Cβ-C1 E Cβ-C2 8. 半纤维素上的功能基主要有：二-8。 A 羰基 B 羧基 C 乙酰基 D 羟基 E 甲氧基
9. 半纤维素又可称为：二-9。 A 非纤维素的碳水化合物 B 木聚糖 C 结壳物质 D 填充物质 E 骨架物质 10. 一般树皮都含有较多的二-10，故不宜造纸。 A 灰分 B 鞣质 C 木栓质 D 果胶质 E 木素 三、判断题（2×10=20分，正确的打“T”，错误的打“F”） 1. 纤维素单位晶胞的Meyer-Misch模型和Blackwell模型的主要区别在于前者没有考虑纤维素的椅式构象和分子内氢键。 2. 一般来说，吡喃式配糖化物中，β型的酸水解速率低于α型的。 3. 各种碱对纤维素的润胀随着碱浓度的增大，其润胀能力增大。 4. 纤维素的氢键对纤维素纤维及纸张的性质影响不大。 5. 木材在碱法蒸煮过程中木素与氢氧化钠的反应，非酚型结构如在α-碳原子上连有OH基的β-芳基醚键也可以断裂，形成环氧化合物的中间物以及苯环上芳基甲基醚键断裂。 6. 在木素大分子中，大约有60%-70%的苯丙烷单元是以醚键的形式联接到相邻的单元上的，其余30%-40%的结构单元之间以碳-碳键联接。 7. 木材在碱法蒸煮过程中，木素与氢氧化钠的反应首先通过木素大分子中酚型结构基团的α-芳基醚键、α-烷基醚键断裂，形成亚甲基醌中间物。 8. 针叶木的半纤维素主要是己糖，而阔叶木的半纤维素主要是戊糖。 9. 超过纤维饱和点再增加的水称为饱和水。 10. 从木素浓度来看：次生壁>复合胞间层> 细胞角隅胞间层。 四、填空题（每空1×25=25分） 1. 木素分子中存在多种功能基，如（四-1 ）、（四-2 ）、（四-3 ）等，这些功能基影响着木素的化学性质和反应性能。 2. 使原料中的木素溶出转入溶液，（四-4 ）的同时，还必须（四-5 ），才能达到目的。 3. 木素分子的生色基团（发色基团）有：（四-6 ）、（四-7 ）、（四-8 ）、（四-9 ）等。 4.纤维素分子量和聚合度的测定方法有（四-10 ）、（四-11 ）、（四-12 ）等。(三种即可) 5. 半纤维素的碱性降解包括（四-13 ）和（四-14 ）。 6. 针叶木的有机溶剂抽出物主要成分是（四-15 ），阔叶木的有机溶剂抽出物主要成分是（四-16 ），而草类的有机溶剂抽出物主要成分是（四-17 ）。 7. 木素的化学反应类型有：（四-18 ）和（四-19 ）。
专题2课题3：分解纤维素的微生物的分离 【课程标准】 1．简述纤维素酶的种类及作用 2．从土壤中分离出分解纤维素的微生物 3．讨论分解纤维素的微生物的应用价值。 【课题重点】 从土壤中分离分解纤维素的微生物。 【课题难点】 从土壤中分离分解纤维素的微生物。 【基础知识】 1．是纤维素含量最高的天然产物。 2．纤维素酶是一种酶，它至少包括三种组分，即，，。前两种酶使纤维素分解为，第三种酶将纤维素分解为。 3。纤维素分解菌的筛选方法是利用。 4。刚果红染色法的原理是。 5．分解纤维素的微生物的分离的试验流程是、、、、6．鉴别培养基用于菌种的鉴别，其中加入可以鉴别出 出现的现象是。 7．选择培养的操作方法是 。 8．常用的刚果红染色法有两种即 。 9．分解纤维素的微生物的分离实验完成后为确定得到的是纤维素分解菌，还需要进行实验，纤维素酶的发酵方法有两种即、。 10．分解纤维素的微生物的分离实验中要选择样品进行分离纤维素分解菌，该样品的特点是、。作出这种选择的理由是。 11．选择培养能够浓缩所需微生物，原因是。 12．分解纤维素的微生物的分离与土壤中分解尿素的细菌的分离流程有何区别？ 13．刚果红染色法有两种，这两种的主要优缺点是什么？
【跟踪练习】 1．下列生物能分解纤维素的是（） （1）人（2）兔（3）牛（4）蘑菇（5）纤维杆菌 A（1）（2）（3）（4）（5）B（2）（3）（5） C （2）（3）（4）（5）D（3）（5） 2．纤维素分解菌的培养基中胶木膏能提供的主要营养物质是（） （1）碳源（2）氮源（3）生长因子（4）无机盐 A（3）B（1）（2）C（1）（2）（3）D（1）（2）（3）（4） 3．从土壤中筛选蛋白酶产生菌时，所用培养基为（） A加富培养基 B 选择培养基 C 基础培养基D鉴别培养基 4．分离土壤中纤维素分解菌用到的方法是（） （1）稀释倒平板法（2）涂布平板法（3）单细胞挑取法（4）选择培养分离A（1）（2）B（2）（3）（4）C（2）（3）D（1）（3）（4） 5．鉴别纤维素分解菌的培养基中碳源为（） A CMC-Na B 木聚糖 C 纤维素 D 裂解酶 6．在酸性贫瘠的土壤中分解纤维素占优势的菌为（） A真菌 B 细菌 C 兼性厌氧细菌和真菌 D 放线菌 7．CX 酶能水解（） A纤维素和CMC-Na B纤维素和果胶 C纤维二糖和微晶纤维D麦芽糖和蔗糖 8．在加入刚果红的培养基中出现透明圈的菌落是（） A分解尿素的细菌 B 消化细菌 C 分解纤维素的细菌 D 乳酸菌 9．在对纤维素分解菌进行培养时，培养基中酵母膏的主要作用是（） A提供碳源 B 提供氮源 C 提供微生素 D 凝固剂 10．要将能分解纤维素的细菌从土壤中分离出来，应将它们接种在( ) A 加入指示剂的鉴别培养基上 B 含有蛋白胨的固体培养基上 C 只含纤维素粉无其他碳源的选择培养基上 D 含四大营养素的培养基上 11．纤维素分解菌选择培养基的选择作用原因在于（） A 硝酸钠 B 氯化钾 C 酵母膏 D 纤维素粉 12．选择培养的结果，培养液变（） A 清澈 B 浑浊 C 红色 D 产生透明圈 13．在对纤维素分解菌进行选择培养时用液体培养基的目的是（） A 可获得大量菌体 B 纤维素分解菌适宜在液体培养基上生长 C 可以充分利用培养基中的营养物质 D 可获得高纯度的纤维素分解菌
木质纤维素的酶水解 Biological conversion of cellulosic biomass to fuels and chemicals offers the high yields to products vital to economic success and the potential for very low costs. Enzymatic hydrolysis that converts lignocellulosic biomass to fermentable sugars may be the most complex step in this process due to substrate-related and enzyme-related effects and their interactions. Although enzymatic hydrolysis offers the potential for higher yields, higher selectivity, lower energy costs and milder operating conditions than chemical processes, the mechanism of enzymatic hydrolysis and the relationship between the substrate structure and function of various glycosyl hydrolase components is not well understood. Consequently, limited success has been realized in maximizing sugar yields at very low cost. This review highlights literature on the impact of key substrate and enzyme features that influence performance, to better understand fundamental strategies to advance enzymatic hydrolysis of cellulosic biomass for biological conversion to fuels and chemicals. Topics are summarized from a practical point of view including characteristics of cellulose (e.g., crystallinity, degree of polymerization and accessible surface area) and soluble and insoluble biomass components (e.g., oligomeric xylan and lignin) released in pretreatment, and their effects on the effectiveness of enzymatic hydrolysis. We further discuss the diversity, stability and activity of individual enzymes and their synergistic effects in deconstructing complex lignocellulosic biomass. Advanced technologies to discover and characterize novel enzymes and to improve enzyme characteristics by mutagenesis, post-translational modification and over-expression of selected enzymes and modifications in lignocellulosic biomass are also discussed. 基于酶水解技术基础上的纤维素乙醇生产技术是20世纪80年代生物质技术的主要研究领域，自从20世纪70年代“能源危机”之后，美国能源部一直积极支持规模以上乙醇生产，并建立独立部门用于管理和支持这项工作。虽然通过纤维素酶水解纤维素生物质产生的生物燃料和化学产品提供了更高的收益率，较高的