烏龜再度打敗了兔子—纖維素分解的關(guān)鍵因子

烏龜再度打敗了兔子！—纖維素分解的關(guān)鍵因子
纖維素是植物細(xì)胞壁的主要成分，是地球上現(xiàn)存最多的生物資源，因此世界各地許多研究者，正在研發(fā)將纖維素變換或制造成較易利用的酒精或有機(jī)酸。但纖維素具強(qiáng)鍵結(jié)的分子鏈，聚集成結(jié)晶構(gòu)造，導(dǎo)致纖維素分解酵素-纖維素酶的分解效率低。

圖解：分解速度如烏龜般的纖維素酶，由于吸附性較強(qiáng)且能不斷進(jìn)行分解反應(yīng)，反而比如兔子般反應(yīng)快速的纖維素酶更適合去分解結(jié)晶性纖維素。
霉菌等絲狀真菌微生物，在自然界中以樹木或雜草為營(yíng)養(yǎng)源，擔(dān)任分解者的角色。這些微生物能制造具有管狀構(gòu)造的纖維素酶，它的特殊構(gòu)造對(duì)分解結(jié)晶性纖維素相當(dāng)重要。霉菌纖維素酶的管狀構(gòu)造較其它絲狀真菌的纖維素酶為長(zhǎng)，因此，兩者之纖維素酶的性質(zhì)相異。但纖維素酶分解纖維素的反應(yīng)，因?yàn)椴蝗苄缘慕Y(jié)晶性纖維素與水溶性的產(chǎn)物形成固體與液體二相共存的不均勻系，實(shí)際反應(yīng)作用分子與不反應(yīng)分子同時(shí)混合在反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)，所以過(guò)去所使用的分解活性測(cè)定法，難以評(píng)估酵素分子的性質(zhì)。
因此日本東京大學(xué)農(nóng)學(xué)生命研究所與金沢大學(xué)的共同團(tuán)隊(duì)，使用高速原子力顯微鏡觀測(cè)各個(gè)酵素在分子層次上的運(yùn)動(dòng)模式。并研究霉菌Trichodarma reesei 所制造的纖維素酶TrCel7A、以及另一種真菌Phanerochaete chrysosporium所制造的兩種纖維素酶 PcCel7C與 PcCel7D，藉由比較這3種酵素的分解反應(yīng)速率和連續(xù)分解反應(yīng)的次數(shù)，以解析影響結(jié)晶性纖維素分解的重要因子。
他們發(fā)現(xiàn)在結(jié)晶性纖維素越是反應(yīng)快速的酵素，能夠進(jìn)行連續(xù)分解反應(yīng)的次數(shù)越少，該兩種性質(zhì)具有妥協(xié)的關(guān)系。并發(fā)現(xiàn)在結(jié)晶性纖維素上連續(xù)分解反應(yīng)次數(shù)高的酵素，相較于反應(yīng)快速的酵素，更為有效地分解結(jié)晶性纖維素。他們認(rèn)為結(jié)晶性纖維素，因纖維素酶能進(jìn)行分解的纖維素結(jié)構(gòu)末端數(shù)量少，若能開始進(jìn)行反應(yīng)，便盡量產(chǎn)生更多的分解反應(yīng)。
該研究結(jié)果以童話故事作譬喻，相對(duì)于有如兔子般反應(yīng)快速的纖維素酶，吸附性較強(qiáng)、不斷進(jìn)行分解反應(yīng)，有如烏龜般的纖維素酶，較適合去分解結(jié)晶性纖維素。此成果有助未來(lái)設(shè)計(jì)特定酵素，透過(guò)有效率地轉(zhuǎn)換纖維素，達(dá)到有效利用植物體資源的目標(biāo)。
解釋：
纖維素：為植物細(xì)胞壁的主要結(jié)構(gòu)-多醣，是地球上最豐富的生物聚合物，其結(jié)構(gòu)單位是β-1,4-linked D-glucose，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，不易水解，須藉由纖維素酶分解。
不均勻系:一般是指包括2個(gè)以上的相所組成之反應(yīng)系。結(jié)晶性纖維素是不溶性固體，但受纖維素酶水解后的生成物-纖維雙醣為水溶性，纖維素受纖維素酶分解而形成固體與液體2相共存于一個(gè)反應(yīng)系，稱為不均勻系。
高速原子力顯微鏡：high-speed atomic force microscopy，比舊有原子力顯微鏡，更高速且細(xì)微進(jìn)行觀察樣本表面的凹凸狀態(tài)，能直接觀測(cè)酵素1個(gè)分子的運(yùn)動(dòng)。

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