上海交通大学：《生物技术与人类》通识课程教学资源（阅读理解）陈庭毓+读后感.doc_大学文库

产生大量具有非还原性末端的小分子纤维素。2葡聚糖外切酶(EC3.2.1.91,也称 C1酶，纤维二糖水解酶或BH,作用于纤维素线状分子的末端，水解B14糖苷键，每次切下一个纤维二糖分子。3B葡萄糖苷酶(EC3.2.1.21,简称BG),水解纤维二糖和短链的纤维素生成葡萄糖。纤维素酶来源非常广泛，自然界中许多微生物具有纤维素降解能力。用于生产纤维素酶的微生物较多是丝状真菌，其中酶活力较强的菌种以木霉属菌种居多。综上，纤维素利用前景广阔，但利用困难。酶解法是一种高效环保的利用纤维素的方法，如何利用纤维素酶高效转化纤维素是本文的亮点。 2.文章亮点（创新点）纤维素是地球上最丰富的可再生资源。植物每年通过光合作用，能产生高达 15.5×1010t纤维素类物质，其中纤维素、半纤维素的总量为8.5×1010t。2但是每年用于工业过程或燃烧的纤维素仅占2%左右，还有很大一部分未被有效利用。如果我们能把秸秆、蔗渣、废纸、垃圾纤维等纤维素类物质高效地转化为糖，成为酒精发酵的原料，将极大推动新能源开发和环境保护。困难是，纤维素具有不溶性的刚性机构，在常温下不溶于水，也不溶于稀酸和稀碱。3这是因为纤维素由结晶区和非结晶区相交错形成，其致密的晶体结构严重阻碍了化学试剂或者生物酶与纤维素表面的有效接触和作用。纤维素大分子降解的方法有酸法水解、酶法水解、氧化降解等多种途径。酶法水解有着反应条件温和、易于控制、产物单纯等优点，但目前酶法水解速度缓慢、效率甚低。我们除了控制反应条件外，要想办法对纤维素酶进行改造，使其提高转化速度与效率。要改造纤维素酶，我们首先要弄清纤维素酶上哪些氨基酸序列在起着水解纤维素的作用。到原文写作之时，科学家们已从40多种细胞和数种真菌中克隆到纤维酶基因，对一些纤维素酶的氨基酸序列及活点部位已基本弄清，利用定点突变方法对纤维酶蛋白进行定向设计与改造再也不再是纸上谈兵。定点突变比使用化学因素、自然因素导致突变的方法具有突变率高、简单易行、重复性好的特点；除用于改变核苷酸序列获得突变基因、研究基因的结构与功能的关系之外，还能够通过改变特定的氨基酸获得突变蛋白质，研究蛋白质的结构与功能，从微观水平上阐明正常状态下基因的调控机理、疾病的病因和机理。目前常用的定点突变方法有寡核苷酸引物介导的定点突变、PC介导的定点突变及盒式突变。5

产生大量具有非还原性末端的小分子纤维素。2 葡聚糖外切酶(EC 3.2.1.91，也称 C1酶，纤维二糖水解酶或BH)，作用于纤维素线状分子的末端，水解β-1 4-糖苷键，每次切下一个纤维二糖分子。3 β-葡萄糖苷酶(EC 3.2.1.21，简称BG)，水解纤维二糖和短链的纤维素生成葡萄糖。纤维素酶来源非常广泛，自然界中许多微生物具有纤维素降解能力。用于生产纤维素酶的微生物较多是丝状真菌，其中酶活力较强的菌种以木霉属菌种居多。综上，纤维素利用前景广阔，但利用困难。酶解法是一种高效环保的利用纤维素的方法，如何利用纤维素酶高效转化纤维素是本文的亮点。 2. 文章亮点（创新点）纤维素是地球上最丰富的可再生资源。植物每年通过光合作用，能产生高达 15.5×10 10 t 纤维素类物质，其中纤维素、半纤维素的总量为 8.5×10 10 t。２但是每年用于工业过程或燃烧的纤维素仅占 2%左右，还有很大一部分未被有效利用。如果我们能把秸秆、蔗渣、废纸、垃圾纤维等纤维素类物质高效地转化为糖，成为酒精发酵的原料，将极大推动新能源开发和环境保护。困难是，纤维素具有不溶性的刚性机构，在常温下不溶于水，也不溶于稀酸和稀碱。３这是因为纤维素由结晶区和非结晶区相交错形成，其致密的晶体结构严重阻碍了化学试剂或者生物酶与纤维素表面的有效接触和作用。纤维素大分子降解的方法有酸法水解、酶法水解、氧化降解等多种途径。酶法水解有着反应条件温和、易于控制、产物单纯等优点，但目前酶法水解速度缓慢、效率甚低。我们除了控制反应条件外，要想办法对纤维素酶进行改造，使其提高转化速度与效率。要改造纤维素酶，我们首先要弄清纤维素酶上哪些氨基酸序列在起着水解纤维素的作用。到原文写作之时，科学家们已从40多种细胞和数种真菌中克隆到纤维酶基因，对一些纤维素酶的氨基酸序列及活点部位已基本弄清，利用定点突变方法对纤维酶蛋白进行定向设计与改造再也不再是纸上谈兵４。定点突变比使用化学因素、自然因素导致突变的方法具有突变率高、简单易行、重复性好的特点 ;除用于改变核苷酸序列获得突变基因、研究基因的结构与功能的关系之外 ,还能够通过改变特定的氨基酸获得突变蛋白质 ,研究蛋白质的结构与功能 ,从微观水平上阐明正常状态下基因的调控机理、疾病的病因和机理。目前常用的定点突变方法有寡核苷酸引物介导的定点突变、 PCR介导的定点突变及盒式突变。５

纤维素酶分子有共性，普遍具有类似的结构，由球状的纤维素催化结构域 (CD),纤维素结合结构域(CBD)和连接桥Linker)三部分组成。不同来源的纤维素酶尽管具有不同的分子量，但是其CD的大小却基本一致：纤维素酶的CBD主要可维持酶分子的构象稳定性，调节酶对可溶性和非可溶性底物的结合专一性；Linker 可保持CD和CBD之间的距离，有助于不同酶分子间形成较为稳定的聚集体。研究者们运用定点突变技术研究CD,利用合成的寡核苷酸作诱变物，确定纤维素酶中哪个氨基酸是酶催化的必需氨基酸。在己知的核苷酸序列中准确地诱变密码子中的一个或数个碱基，改变组成酶的一个或数个氨基酸残基，从而确定功能性氨基酸基团。由于纤维素酶属于糖基水解酶，而糖基水解酶共有82个族，纤维素酶仅占十几个族。各族水解酶的催化机制和功能性氨基酸都有所不同，给研究带来了许多困难，要研究清楚是一项巨大的工程。改造纤维素酶的主要可行的手段，是通过基因工程构建生产纤维素酶的高效工程菌，从而提高纤维素酶活力。总之目前任务是要弄清功能性氨基酸基因，然后对其加以改造，产出高效工程菌，生产符合要求的纤维素酶。本文的另一个亮点在于纤维素酶在石油开采方面的应用。我国石目前很多油田已进入中后期开采，为增加石油产量，常采用带压力的压滤液压入地层内，以维持地下裂缝，保持地下压力。用纤维素酶制成的一种酶剂是较适宜的破乳剂，专一性强，无副作用，对地层和环境无污染。6 3.读后感自然界的物质与能量是守恒的，不会凭空增多，也不会凭空消失。人类目前所面临的能源危机一部分原因来自对资源的无效利用。我们还在用着百万年前留下来的遗产，早晚会坐吃山空。煤是植物深埋地下百万年形成的燃料，现在人类利用植物们的纤维素，某种程度上是提前消费了这些百万年后的煤。这种利用更加直接且环保，跳过了百万年的物化反应，加速了自然界物质循环的速度。纤维素被分解的过程在自然界中天然存在，表现为腐烂变质等。但是这个过程速度慢，效率低，不能被我们利用。改进纤维素酶，提高纤维素转化效率，这正体现了目前集约高效的理念：自然界中的能量是守恒的，要减少能量浪费，实现能量与元素在自然界的有机循环。关于纤维素酶降解纤维素一直受到欧美、日本等发达国家的高度重视，特别是近年来，纤维素酶基因克隆技术、固定化酶技术及微生物发酵技术等新技术的

纤维素酶分子有共性，普遍具有类似的结构，由球状的纤维素催化结构域 (CD)，纤维素结合结构域 (CBD)和连接桥(Linker)三部分组成。不同来源的纤维素酶尽管具有不同的分子量，但是其CD 的大小却基本一致; 纤维素酶的CBD主要可维持酶分子的构象稳定性，调节酶对可溶性和非可溶性底物的结合专一性; Linker 可保持CD和CBD之间的距离，有助于不同酶分子间形成较为稳定的聚集体。研究者们运用定点突变技术研究CD，利用合成的寡核苷酸作诱变物，确定纤维素酶中哪个氨基酸是酶催化的必需氨基酸。在已知的核苷酸序列中准确地诱变密码子中的一个或数个碱基，改变组成酶的一个或数个氨基酸残基，从而确定功能性氨基酸基团。由于纤维素酶属于糖基水解酶，而糖基水解酶共有82个族，纤维素酶仅占十几个族。各族水解酶的催化机制和功能性氨基酸都有所不同，给研究带来了许多困难，要研究清楚是一项巨大的工程。改造纤维素酶的主要可行的手段，是通过基因工程构建生产纤维素酶的高效工程菌，从而提高纤维素酶活力。总之目前任务是要弄清功能性氨基酸基因，然后对其加以改造，产出高效工程菌，生产符合要求的纤维素酶。本文的另一个亮点在于纤维素酶在石油开采方面的应用。我国石目前很多油田已进入中后期开采，为增加石油产量，常采用带压力的压滤液压入地层内，以维持地下裂缝，保持地下压力。用纤维素酶制成的一种酶剂是较适宜的破乳剂，专一性强，无副作用，对地层和环境无污染。６ 3.读后感自然界的物质与能量是守恒的，不会凭空增多，也不会凭空消失。人类目前所面临的能源危机一部分原因来自对资源的无效利用。我们还在用着百万年前留下来的遗产，早晚会坐吃山空。煤是植物深埋地下百万年形成的燃料，现在人类利用植物们的纤维素，某种程度上是提前消费了这些百万年后的煤。这种利用更加直接且环保，跳过了百万年的物化反应，加速了自然界物质循环的速度。纤维素被分解的过程在自然界中天然存在，表现为腐烂变质等。但是这个过程速度慢，效率低，不能被我们利用。改进纤维素酶，提高纤维素转化效率，这正体现了目前集约高效的理念：自然界中的能量是守恒的，要减少能量浪费，实现能量与元素在自然界的有机循环。关于纤维素酶降解纤维素一直受到欧美、日本等发达国家的高度重视，特别是近年来，纤维素酶基因克隆技术、固定化酶技术及微生物发酵技术等新技术的