[发明专利]一种持续性内切纤维素酶及其编码基因与应用

说明书

本发明公开了一种持续性内切纤维素酶及其编码基因与应用，属于生物工程技术领域。一种基因，所述基因的核苷酸序列如SEQ ID NO.3所示。所述基因编码的持续性内切纤维素酶，持续性内切纤维素酶的氨基酸序列如SEQ ID NO.4所示。本发明所述持续性内切纤维素酶SmCel5A为一个单结构域的多功能酶，其分子量不足40kD，容易进行异源表达，获得具有内切纤维素酶、外切纤维素酶酶活性的活性蛋白，有效地解决了由于生孢噬纤维菌的生长周期比较长，酶成分比较复杂，不容易对纤维素酶直接进行分离纯化的问题。该酶在生物能源、饲料等行业具广泛的应用潜力。

技术领域

本发明涉及一种持续性内切纤维素酶及其编码基因与应用，属于生物工程技术领域。

背景技术

纤维素是地球上储量最丰富的碳水化合物资源，也是生物制造产业最重要的可替代原料。开发和利用纤维素质原料来生产生物能源以及各种有用化学品，能够在一定程度上缓解能源危机，实现废物资源化利用，满足当代社会可持续发展的需求。

纤维素的生物降解通常需要三种酶的协同作用，包括内切纤维素酶(Endoglucanase，EC3.2.1.4)、外切纤维素酶(Cellobiohydrolase，EC3.2.1.91)和β-葡萄糖苷酶(β-glucosidase，EC3.2.1.21)。其中，内切纤维素酶作用于纤维素分子内部非结晶区，通过水解β-1,4-糖苷键将长链的纤维素大分子截短，产生带还原性末端的小分子纤维素；外切纤维素酶主要作用于纤维素的结晶区域，被认为是纤维素生物降解过程不可或缺的关键酶。但已知有些微生物，如Cytophaga hutchinsonii、Saccharophagus degradans等，能够高效降解纤维素，但基因组序列中却不含有外切纤维素酶的编码基因。研究发现，这些菌株能够编码产生一类特殊的内切纤维素酶，同时具备内切酶和外切酶活性，与β-葡萄糖苷酶协同作用即可高效降解纤维素。近年来，在其它纤维素降解菌株中也陆续发现了一些具有上述催化特性的“双功能酶”，这类特殊的内切酶被定义为“持续性内切纤维素酶(Processive endoglucanase)”。

纤维素质原料生物转化的主要屏障在于缺乏具有高效水解能力的纤维素酶，往往需要多个酶的协同作用才可以将纤维素降解为可发酵的小分子糖，从而导致酶的成本十分高昂，难以满足工业化生产的需求。持续性内切纤维素酶是一类同时具备内切酶和外切酶功能的双功能纤维素降解酶，可以高效降解纤维素为纤维二糖等小分子，与β-葡萄糖苷酶协同作用即可完成纤维素糖化过程，大幅度节省酶的成本。因此，开发高效的持续性内切纤维素酶显得尤为重要。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种持续性内切纤维素酶及其编码基因与应用。

本发明提供了一种基因，其核苷酸序列如SEQ ID NO.3所示。

本发明还提供了所述基因编码的持续性内切纤维素酶，其氨基酸序列如SEQ IDNO.4所示。

进一步地，上述技术方案中，所述持续性内切纤维素酶为一个单结构域的多功能酶，三维结构为经典的GH5家族(β/α)₈桶状折叠结构。

进一步地，上述技术方案中，所述多功能酶为同时具有内切纤维素酶和外切纤维素酶的活性功能。

本发明还提供了一种含所述持续性内切纤维素酶的重组表达工程菌。

本发明还提供了所述持续性内切纤维素酶在降解纤维素中的应用，降解纤维素时，反应pH值为4.5-6.5，反应温度为20-60℃。

进一步地，上述技术方案中，所述反应温度为20-40℃。

进一步地，上述技术方案中，持续性内切纤维素酶降解纤维素生产葡萄糖、纤维二糖和纤维三糖，且以纤维二糖为主。