聚乙二醇表面自组装干预糖苷水解酶催化不溶性底物机制研究

酶解糖化技术是生物质资源生物转化的共同途径。糖苷水解酶催化效率低下造成的成本问题是生物质高效利用的焦点和共性问题，多年来一直未能实现有效突破。前期研究发现聚乙二醇应用于纤维素酶催化水解体系可以提高水解得率，促进纤维素酶解吸，利于酶的循环使用，但机理尚不清楚。本项目基于聚乙二醇表面自组装干预糖苷水解酶催化的新方法，采用多种光谱学和表面分析技术表征聚乙二醇自主装单体构件,结合酶学性质和反应动力学数据，解析聚乙二醇表面自组装机理和协同干预机制，揭示表面自组装与催化反应同步进行产生的动态连锁效应，并将研究工作拓展到其它糖苷水解酶催化体系。本项目的研究成果将为聚乙二醇表面自组装技术实际应用提供科学依据和理论支撑，同时为不溶性多糖的高效降解提供新思路。

本项目针对糖苷水解酶催化效率低下造成纤维素酶解成本较高的共性问题，以建立聚乙二醇表面自组装干预糖苷水解酶催化技术提高纤维素酶水解得率为目标开展研究，深入探讨了聚乙二醇在不溶性多糖底物降解体系中的干预机理。围绕纤维素酶催化水解不溶性纤维素体系建立和优化了PEG表面自组装干预方法，研究了PEG表面自组装干预技术应用在不同组构的纤维素原料对水解促进效果的差异；考察PEG表面自组装干预过程中聚乙二醇和酶、反应物的动态分布和相互作用关系，阐明了PEG自组装对酶催化水解协同干预的实质是PEG通过非共价作用自发构成PEG-底物和PEG-酶两个新体系来实现对反应干预的；对自组装酶和自组装底物进行酶学性质和表面特征分析，不仅发现了PEG自组装对纤维素酶活有增强效应，还首次将聚乙二醇表面自组装干预机制与不溶性底物水解反应中酶的稳定性和酶在不同传质条件下的聚集态关联在一起，证实了PEG自组装还具有促进酶分子间排斥, 改善酶蛋白在震荡酶解条件下的聚集状态，提高剧烈传质条件下酶在水相的稳定性；成功将聚乙二醇表面自组装干预技术应用在木聚糖酶催化山榉木木聚糖水解，提高了低聚木糖产率32.37%，本项目的研究成果将为聚乙二醇表面自组装技术实际应用提供科学依据和理论支撑，同时为不溶性多糖的高效降解提供新思路，对于提高木质纤维素资源生物利用效率、强化纤维素酶解糖化过程、从而降低纤维素乙醇生产成本有重要的意义。