上海交通大学通识教育立项核心课程 课程名称：生物技术与人类课程号：BI913班级号： F1702107 姓名：廖懿昕学号： 517021910138专业： 工业工程 阅读与理解 阅读文章名称 纤维素酶水解及其在能源与环境保护中的应用 得分 中文题目：纤维素酶水解及其在能源与环境保护中的应用 姓名：廖懿昕 单位：机械与动力工程学院 邮政编码：200240 一、背景知识 纤维素是地球上分布最广、含量最丰富的碳源物质，是地球上最丰富的可再 生资源，地球上每年产生的纤维素、半纤维素总量为8.5×1010t,而用于工业过 程的仅为2%。秸秆、蔗渣、废纸等中的纤维素可被转化为糖，进一步发酵为酒精， 因此研究纤维素大分子的分解过程对开发新能源、保护环境具有非常重要的现实 意义。 在诸多纤维素转化技术中，酶法水解有着反应条件温和、易于控制、产物单 纯等优点。纤维素酶是指能够水解纤维素B-1,4葡萄糖苷键，使纤维素变成纤维二 糖和葡萄糖的一组酶的总称，它不是一种单一酶，而是起协同作用的多组分酶系。 纤维素酶主要有3种组分：Cx酶、C1酶和B葡萄糖苷酶(EC3.2.1.21,简称BG)。 目前工业上用于生产纤维素酶的微生物较多的是丝状真菌。 关于纤维素的酶解机理，目前尚无定论，但普遍认为是3种组分协同作用的 结果。目前关于各组分如何作用的理论大致分为三种：C1-Cx理论、协同降解模 型和分子结构理论。其中第二种目前被普遍接受。对纤维素酶解得率产生影响的 主要因素有温度、pH值、底物浓度及加酶量等
上海交通大学通识教育立项核心课程 课程名称： 生物技术与人类 课程号： BI913 班级号: F1702107 姓名： 廖懿昕 学号： 517021910138 专业： 工业工程 阅读与理解 阅读文章名称 纤维素酶水解及其在能源与环境保护中的应用 得分 中文题目：纤维素酶水解及其在能源与环境保护中的应用 姓名： 廖懿昕 单位： 机械与动力工程学院 邮政编码：200240 一、背景知识 纤维素是地球上分布最广、含量最丰富的碳源物质，是地球上最丰富的可再 生资源，地球上每年产生的纤维素、半纤维素总量为 8.5×1010 t，而用于工业过 程的仅为 2%。秸秆、蔗渣、废纸等中的纤维素可被转化为糖，进一步发酵为酒精， 因此研究纤维素大分子的分解过程对开发新能源、保护环境具有非常重要的现实 意义。 在诸多纤维素转化技术中，酶法水解有着反应条件温和、易于控制、产物单 纯等优点。纤维素酶是指能够水解纤维素β-1,4-葡萄糖苷键，使纤维素变成纤维二 糖和葡萄糖的一组酶的总称，它不是一种单一酶，而是起协同作用的多组分酶系。 纤维素酶主要有 3 种组分：Cx 酶、C1 酶和β-葡萄糖苷酶（EC3.2.1.21，简称 BG）。 目前工业上用于生产纤维素酶的微生物较多的是丝状真菌。 关于纤维素的酶解机理，目前尚无定论，但普遍认为是 3 种组分协同作用的 结果。目前关于各组分如何作用的理论大致分为三种：C1-Cx 理论、协同降解模 型和分子结构理论。其中第二种目前被普遍接受。对纤维素酶解得率产生影响的 主要因素有温度、pH 值、底物浓度及加酶量等
二、文章亮点 本文并不是一篇专业性非常强的论文，而是一篇科普性质的文章，读来并不 觉晦涩难懂，而能让读者较为容易的从原理上理解纤维素酶水解的过程及生物技 术在其中的应用，并且介绍了其应用，与生活联系紧密，读来让人很有感触和启 发。在我看来，这篇文章有以下几个亮点： 1.逻辑清晰，层次分明。作者开篇点明了纤维素转化技术的重要性以及酶解 纤维素的优越性，同时也提出了当前存在的问题。接着，作者从原理上综述了纤 维素酶的来源、结构及组成，接着重点介绍了酶解过程的三种模型及影响因素。 最后，从纤维素酶在纤维原料（废渣）降解中的应用、在石油开采方面的应用、 在可降解塑料业中的应用等三方面介绍了纤维素酶在缓解能源危机和环境保护方 面的巨大作用。开头开门见山，主体部分由浅入深，由表及里，逻辑清晰，方便 读者快速掌握文章要领。 2.重点突出，详略得当。如在原理说明部分，对于纤维素酶解的三种模型进 行了详细介绍，并运用示意图等方便读者理解纤维素中各种成分协同作用的机理， 而对纤维素酶来源等方面的说明则较为简略，使读者稍作了解即可。重点安排得 当，使读者在整体印象基础之上又有重点了解的部分。 3.数据详实，说服力强。作者大量研究了其他研究者们在此领域的研究成果， 并列出其中数据增强本文中结论的说服力。例如在纤维素酶在可降解塑料业中的 应用这一部分的介绍中，列出酶解糖得率等指标，突出了纤维素酶水解法的优越 性及广阔前景。 三、读后感 本文虽然在对问题的介绍方面深度不够，但是吸引了我对于纤维素酶水解的 强烈兴趣，基于此，我查阅了很多相关论文，对这个问题有了更加深入和全面的 了解。 纤维素酶并不是指某一种单一的酶，而是水解纤维素B一1,4葡萄糖昔键， 使纤维素分解成纤维二糖和葡萄糖的一组酶的总称。纤维素酶由葡聚糖内切酶 (endoglucanase,EG,EC3.2.1.4)、葡聚糖外切酶(cellbbiohydrolase,CBH,EC3.2.1. 91)、B葡萄糖苷酶(B-glucosidase,BG,EC3.2.1.21)3个主要成分组成的诱导复 合酶系。一般而言，CBH作用晶体纤维素，从纤维素末端开始作用，产物为纤维 二糖。EC从纤维素链中间开始水解纤维素，但作用对象为无定型纤维素，产物也 是纤维二糖。B葡萄糖苷酶则将纤维二糖转化为葡萄糖。只有当三者主要成分活
二、文章亮点 本文并不是一篇专业性非常强的论文，而是一篇科普性质的文章，读来并不 觉晦涩难懂，而能让读者较为容易的从原理上理解纤维素酶水解的过程及生物技 术在其中的应用，并且介绍了其应用，与生活联系紧密，读来让人很有感触和启 发。在我看来，这篇文章有以下几个亮点： 1. 逻辑清晰，层次分明。作者开篇点明了纤维素转化技术的重要性以及酶解 纤维素的优越性，同时也提出了当前存在的问题。接着，作者从原理上综述了纤 维素酶的来源、结构及组成，接着重点介绍了酶解过程的三种模型及影响因素。 最后，从纤维素酶在纤维原料（废渣）降解中的应用、在石油开采方面的应用、 在可降解塑料业中的应用等三方面介绍了纤维素酶在缓解能源危机和环境保护方 面的巨大作用。开头开门见山，主体部分由浅入深，由表及里，逻辑清晰，方便 读者快速掌握文章要领。 2. 重点突出，详略得当。如在原理说明部分，对于纤维素酶解的三种模型进 行了详细介绍，并运用示意图等方便读者理解纤维素中各种成分协同作用的机理， 而对纤维素酶来源等方面的说明则较为简略，使读者稍作了解即可。重点安排得 当，使读者在整体印象基础之上又有重点了解的部分。 3. 数据详实，说服力强。作者大量研究了其他研究者们在此领域的研究成果， 并列出其中数据增强本文中结论的说服力。例如在纤维素酶在可降解塑料业中的 应用这一部分的介绍中，列出酶解糖得率等指标，突出了纤维素酶水解法的优越 性及广阔前景。 三、读后感 本文虽然在对问题的介绍方面深度不够，但是吸引了我对于纤维素酶水解的 强烈兴趣，基于此，我查阅了很多相关论文，对这个问题有了更加深入和全面的 了解。 纤维素酶并不是指某一种单一的酶，而是水解纤维素β 一 l,4 葡萄糖昔键, 使纤维素分解成纤维二糖和葡萄糖的一组酶的总称。纤维素酶由葡聚糖内切酶 （endoglucanase,EG,EC3.2.1.4）、葡聚糖外切酶(cellbbiohydrolase, CBH, EC3.2.1. 91)、 β葡萄糖苷酶（β-glucosidase,BG,EC3.2.1.21） 3 个主要成分组成的诱导复 合酶系。一般而言,C B H 作用晶体纤维素, 从纤维素末端开始作用, 产物为纤维 二糖。E C 从纤维素链中间开始水解纤维素, 但作用对象为无定型纤维素,产物也 是纤维二糖。β葡萄糖苷酶则将纤维二糖转化为葡萄糖。只有当三者主要成分活
性比例恰当，才能表现出较高的活性。 绝大多数纤维素酶都具有两个独立活性的结构域：一个是具有催化功能的催 化结构域(catalytic domains.cD),另一个是具有结合纤维素功能的纤维素结合（吸 附)域(cellulosebinding domains,.CBD),两者中间由一段可辨认的连接肽连接，该 连接肽又称连接桥(linker)。 纤维素酶是诱导酶。不同研究者用不同诱导物诱导过纤维素酶表达，如槐糖， 蔗糖，纤维二糖，乳糖，半乳糖等等。但是不论哪种诱导物，诱导效果都不如纤 维素诱导的菌种范围广以及诱导效果人们推测，虽然纤维素不溶于水，不能穿透 细胞壁进人细胞，但是可能产酶微生物本身先产少量纤维素酶，水解纤维素成可 溶性二糖或多糖。这些糖进人细胞，成为诱导物，直接或间接影响DNA结合蛋白， 促使纤维素酶基因表达。纤维素的最终水解产物（葡萄糖）是纤维素酶基因表达 的抑制子。如何解除葡萄糖对纤维素酶的抑制成为一个研究热点 生物技术在纤维素酶解法中的应用体现在纤维素酶的基因克隆及表达、通过 定向进化和分子改造的方法筛选重组型高比活力的纤维素酶、应用DNA基因重组 技术，选育出活性高、产酶量大的菌株等。生物技术的应用可以大大提高纤维素 酶的产量以及催化速率，提高纤维素转化的效率，有着十分广阔的前景和深远意 义。 纤维素酶在饲料、食品、采油、医药、化工、纺织等方面有巨大的潜在市场。 如以纤维素为原料，利用纤维素酶将纤维素水解为葡萄糖，直接作为人类食粮、 单细胞蛋白生产原料或化学原料等：开发以纤维素为添加剂的可分解性塑料，另 外，纤维素酶对植物和微生物细胞壁具有水解功能，可提取有价值的生化制品， 进行体细胞杂交育种等方面的研究。 相信随着对纤维素酶研究的不断深入，以及生物化学、分子生物学、生物信 息学、结构生物学和基因工程等多种交叉学科的快速发展，将大大推动纤维素酶 的研究和应用，对人类的可持续发展具有非常重要的意义。 本次作业不仅让我对于课题研究、文献阅读、论文撰写等方面有了更多的了 解和体会，也让我认识到了生物技术与人类社会的紧密联系，对于我日后的学习 带来了积极影响
性比例恰当,才能表现出较高的活性。 绝大多数纤维素酶都具有两个独立活性的结构域:一个是具有催化功能的催 化结构域(catalytic domains,CD), 另一个是具有结合纤维素功能的纤维素结合(吸 附)域(cellulosebinding domains,CBD), 两者中间由一段可辨认的连接肽连接, 该 连接肽又称连接桥(linker)。 纤维素酶是诱导酶。不同研究者用不同诱导物诱导过纤维素酶表达, 如槐糖, 蔗糖, 纤维二糖, 乳糖, 半乳糖等等。但是不论哪种诱导物, 诱导效果都不如纤 维素诱导的菌种范围广以及诱导效果人们推测, 虽然纤维素不溶于水, 不能穿透 细胞壁进人细胞, 但是可能产酶微生物本身先产少量纤维素酶, 水解纤维素成可 溶性二糖或多糖。这些糖进人细胞,成为诱导物, 直接或间接影响 DNA 结合蛋白, 促使纤维素酶基因表达。纤维素的最终水解产物( 葡萄糖) 是纤维素酶基因表达 的抑制子。如何解除葡萄糖对纤维素酶的抑制成为一个研究热点. 生物技术在纤维素酶解法中的应用体现在纤维素酶的基因克隆及表达、通过 定向进化和分子改造的方法筛选重组型高比活力的纤维素酶、应用 DNA 基因重组 技术, 选育出活性高、产酶量大的菌株等。生物技术的应用可以大大提高纤维素 酶的产量以及催化速率，提高纤维素转化的效率，有着十分广阔的前景和深远意 义。 纤维素酶在饲料、食品、采油、医药、化工、纺织等方面有巨大的潜在市场。 如以纤维素为原料, 利用纤维素酶将纤维素水解为葡萄糖, 直接作为人类食粮、 单细胞蛋白生产原料或化学原料等;开发以纤维素为添加剂的可分解性塑料, 另 外, 纤维素酶对植物和微生物细胞壁具有水解功能, 可提取有价值的生化制品, 进行体细胞杂交育种等方面的研究。 相信随着对纤维素酶研究的不断深入, 以及生物化学、分子生物学、生物信 息学、结构生物学和基因工程等多种交叉学科的快速发展, 将大大推动纤维素酶 的研究和应用, 对人类的可持续发展具有非常重要的意义。 本次作业不仅让我对于课题研究、文献阅读、论文撰写等方面有了更多的了 解和体会，也让我认识到了生物技术与人类社会的紧密联系，对于我日后的学习 带来了积极影响
参考文献 [1]张传富，顾文杰，彭科峰，等.微生物纤维素酶的研究现状J小.生物信息学， 2007,5(1):34-36 [2]陈小坚.纤维素酶的分子生物学研究及应用进展.湖北民族学院学报（医学 版)，2006,23(4)：48-51 [3]张丹.纤维素酶的研究进展及其展望[J].青海畜牧兽医杂志，2017， 47(3):49-52 [4]高培基.纤维素酶降解机制及纤维素酶分子结构与功能研究进展J.自然科学 进展，2003,13(1)：21-29 [5]李燕红，赵辅昆.纤维素酶的研究进展[U.生命科学，2005,17(5)：392-397
参考文献 [1] 张传富, 顾文杰, 彭科峰,等. 微生物纤维素酶的研究现状[J]. 生物信息学, 2007, 5(1):34-36. [2] 陈小坚. 纤维素酶的分子生物学研究及应用进展[J]. 湖北民族学院学报(医学 版), 2006, 23(4):48-51. [3] 张 丹 . 纤 维 素 酶 的 研 究 进 展 及 其 展 望 [J]. 青 海 畜 牧 兽 医 杂 志 , 2017, 47(3):49-52. [4] 高培基. 纤维素酶降解机制及纤维素酶分子结构与功能研究进展[J]. 自然科学 进展, 2003, 13(1):21-29. [5] 李燕红, 赵辅昆. 纤维素酶的研究进展[J]. 生命科学, 2005, 17(5):392-397