细菌纤维素的生物合成

1、2021/6/161细菌纤维素的生物合成091060002 钟毅铭2021/6/162主要内容一、纤维素和细菌纤维素的摘要二、纤维素结构三、细菌纤维素和植物纤维素的区别四、细菌纤维素特点五、细菌纤维素生物合成技术六、细菌纤维素发酵合成方法七、总结2021/6/163纤维素摘要（1）什么是纤维素： 纤维素是由 D葡萄糖基通过-1,4-糖苷键连接起来的线形高分子化合物，其葡萄糖残基约为20002500个。具有白色纤色纤细状固体形态。 植物中的纤维素主要以小微纤丝的形式存在，一般微纤丝由36根-1,4-葡糖苷链结晶而成，它是植物细胞壁的主要成分。自然界每年约 有1800亿吨的纤维素生成 ，是地球上最

2、丰富的生物大分子和 重要的可再生资源。2021/6/164细菌纤维素摘要（2）什么是细菌纤维素： 细菌纤维素 (Bacterial Cellulose，简称BC)又称微生物纤维素 (Microbial Cellulose) 。 是一种主要由细菌产生的具有生物可降解的天然纳米结构高分子材料， 近年来成为国内外生物材料研究的热点之一。2021/6/165纤维素结构(2)结构:纤维素结构纤维素结构2021/6/166细菌纤维素和植物纤维素的区别 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，是由-1,4-糖苷键连接而成的线型高分子化合物。 相邻的吡喃葡萄糖的六个碳原子不在一个平面上， 而是

3、呈稳定的椅式立体结构。细菌纤维素纤维的直径远小于其它天然和人工纤维，约为20 80nm ，属于天然纳米纤维材料。2021/6/167细菌纤维素特点 细菌纤维素有着植物纤维素所没有的许多特点： 高结晶度和高化学纯度； 高抗张强度和弹性模量； 很强的水结合性； 极佳的形状维持能力； 较高的生物相容性和适应性； 生物合成时形状和性能的可调控性，可制备成膜、管、絮 状、球形或颗粒等形状。2021/6/168细菌纤维素生物合成技术 一、细菌纤维素生物合成可分为: 聚 合 分泌 组装 结晶 这四个过程是高度耦合的，并和细胞膜上的 特定位点密切相关 。 （2）细菌纤维素合成的直接前体物为尿苷磷酸葡萄(UDP

4、GIc) 。UDPGIc在纤素合成酶的催化下合成纤维素。2021/6/169细菌纤维素生物合成技术二、细菌中合成的基因：（1）在木醋杆菌Acetobacter AY201中发现一个纤维素纤维素合成酶合成酶 ( Acet obacler cellulose syntheses，acs )操纵子操纵子，称为 Type acs操纵子。Type有三个基因，acsAB、acsC和acsD。 acsAB基因编码168KDa的多肽是纤维素合酶。 acsAB和acsC基因是细胞内生物合成纤维素必需的。 acsD基因涉及到纤维素的结晶化，并决定细胞膜上微孔 ( 纤维素合成的位点)的线性排列。2021/6/161

5、0细菌纤维素生物合成技术 纤维素合成酶的第二个基因纤维素合成酶的第二个基因 (acsA +Tpye )也在也在同一个菌株内被发现同一个菌株内被发现 。 acsA编码一个与acsAB编码的多肽在长度和序列上是相似的175KDa的多肽。 当Acetobacter AYe01细胞内 acsAB基因突后，acsA 表达产生纤维素合成酶。acsAB基因与植物的cel A基因具同源性 。 cel A编码纤维素合成酶催化亚基的-1,4-葡糖基转移酶，该酶催化一个亲核替代反应。 2021/6/1611细菌纤维素生物合成技术(2)在 A.Xylinum(醋杆菌属)细胞中，葡聚糖链的还原端指向细胞外。葡糖基转移酶

6、催化域中的酸性氨基酸残基吸引接受分子非还原端羟基中的氢，所产生接受子的亲核物质攻击UDPGlc的异头碳 ，形成新的-1,4-糖苷键。 2021/6/1612细菌纤维素发酵合成方法（1）细菌纤维素的发酵生产主要采用两类培养基，一类是合成或半合成培养基， 一类是天然培养基。 合成或半合成培养基使用的碳源主要有甘露醇、果糖、葡萄糖等单糖或者蔗糖和麦芽糖等二糖以及它们的混合糖。 天然培养基一般是以工农业生产的剩余物、 食品加工废弃物以及含糖量较高的果蔬等农副产品为原料。2021/6/1613细菌纤维素发酵合成方法（2）优缺点： 利用合成或半合成培养基发酵细菌纤维素的国内外研究结果比较一致， 单一碳源以甘露醇和甘油发酵效果较好，复合碳源的效果比单一碳源要好。但这类碳源往往纯度高、价格贵碳源往往纯度高、价格贵，不适于细菌纤维素工业化大规模生产。 天然培养基目前常用的培养基包括水果类原料、糖质原料、淀粉类原料和纤维素类原料等几种，尤其以水果类原料为多。这类原料量大而价廉，可能是降低细菌纤维素生产成本的有效途径。 2021/6/1614总结 国内利用微生物合成纤维素这项技术还不多见，且多以葡萄糖、蔗糖等作为碳源基质，生产成本较高。我们期待开发出廉价的原料基质 ( 如淀粉)来合成细菌纤维素。