全 文 ：
综述与专论

生物技术通报
BIOTECHNOLOGY
BULLETIN 2011年第 5期
梭热杆菌纤维小体研究进展
李爽 吴宪明 陈红漫 阚国仕 曲谨郁 任大明
(沈阳农业大学生物科学技术学院,沈阳 110866)


摘
要:
梭热杆菌 (C lo strid ium therm ocellum )是一种嗜热厌氧细菌,通过分泌大量纤维素酶高效降解纤维素。根据作用
纤维素的不同部位, 梭热杆菌分泌的纤维素酶分为内切纤维素酶和外切纤维素酶。纤维小体是由支架蛋白、锚定元件、黏合
蛋白、纤维素结合域和催化单位组成的复合体, 其独特的结构,使得它可以比真菌纤维素酶更紧密地结合到纤维素表面, 这个
复合结构结合着多种催化单位,而此特殊的结构是梭热杆菌高效降解纤维素的必要条件。近年来, 为更深入透彻地了解纤维
小体的结构与功能进行了大量的研究工作,现对相关研究进展进行综述, 并给出了未来可能的发展方向。
关键词:
梭热杆菌 细菌 纤维素 纤维素酶 纤维小体
Developm ent in Cellulosom e from Clostridium thermocellum
L i Shuang W u X ianm ing Chen H ongm an Kan Guoshi Qu Jinyu Ren Dam ing
(College of B iology Sciences and T echnology, Shenyang Agricultural University, Shenyang 110866)


Abstrac:t
C lostridium thermocellum is a thermoph ilic anaerob ic bacter ia that cou ld degrade cellu lose e ffectively by secreting a lot
o f ce llu lase. Accord ing to the degrading the d iffe rent positions o f ce llu lose, ce llu lase w ere c lassified into the endog lucanase, exog lu

canase. The cellu losom e, wh ich is the comp lex, that consists o f scaffold, dockerin, cohesin, CBM s and cata lytic subunits. And the cellu lo

som e is a spec ia l structure, and cou ld enablem ore com pac t tie to the su rface o f the ce llulose than that o f fung.i Var ious ca talytic sub

un its w ere adhe red to the com plex structure and this is just the necessary condition of deg radation o f the ce llulose fo rC. therm ocellum.
In recent years, amoun t o f resea rches w ere fo rmo re understood the function and structure deep ly, and rev iewed the related research pro

cessing in th is paper and figured out the in deve lopm ent fie ld in furthe r.
Key words:
Clo strid ium therm ocellum B acteria Ce llulose
C ellu lase
Ce llu losom e
收稿日期: 2011
02
18
作者简介:李爽,男,硕士研究生,研究方向:纤维素酶; E
m a i:l lishuangw an521@ 163. com
通讯作者:任大明,男,博士,教授,研究方向:酶化学与酶工程; E
m ai:l rendam ing@ 126. com
梭热杆菌 ( C lostridium thermocellum )是一种嗜
热 (最适温度 60
)厌氧细菌, 被广泛应用于降解转
化以纤维素为代表的生物质,并在不同的发酵条件
下产生乙醇、甲酸盐、乳酸盐和氢气等产物, 可逐渐
降低人们对石油产品类化学能源的依赖 [ 1- 4]。梭热
杆菌主要通过纤维小体进行纤维素的降解。 1984
年, Lamed和 Bayer[ 5]首先从梭热杆菌中发现纤维小
体,并描述为由若干催化单元与无催化活性的支架
蛋白结合形成的复合物 [ 6]。之后, Do i等给出了一
个准确的定义:纤维小体是具有降解纤维素、半纤维
素和胶质能力的大量胞外酶复合体。纤维小体可能
是自然界中最大的胞外酶复合体, 高度亲和黏性蛋
白与锚定元件相互作用支撑着有黏性的纤维小
体 [ 7- 9]。细菌纤维小体在生物质降解过程中起着
十分重要的作用。近年来的研究热点集中在揭示
梭热杆菌纤维小体的结构、纤维素的降解机制以
及支架蛋白的特征与性质, 并通过基因工程手段
对纤维小体进行基因突变与人工改造。这些研究
有助于更深入了解纤维小体的功能, 以及纤维小
体在纤维素降解中的重要性。
1 纤维小体的结构
纤维小体在降解结晶纤维素的过程中起着至关
重要的作用 [ 1]。纤维小体包括多个催化单元 ( catalyt

ic subun it)、锚定域 ( dockerin doma in)、黏合蛋白域
( cohesin domain)和碳水化合物绑定域 ( CBD ) [ 10, 11 ]。
生物技术通报 B iotechnology
Bulletin 2011年第 5期
锚定结构域结构出现在一个催化单元中通常被定义
为纤维小体酶,与支架蛋白上的黏合蛋白结合形成
酶复合物 [ 12]。如图 1所示,梭热杆菌的支架蛋白由
纤维素结合域、
型黏合蛋白和
型锚定元件构成。
支架蛋白与催化单元结合形成了胞外复合物, 即纤
维小体。
CBM.纤维素结合域 ( CBM 3a: 356- 523 ) ; c.黏合蛋白 I(C oh I: c1: 29- 182, c2: 183- 322, c3: 560- 704, c4: 724- 866, c5: 889- 1031,
c6: 1054- 1196, c7: 1219- 1361, c8: 1384- 1526, c9: 1548- 1690) ; d.锚定元件 II( d: 1791- 1814, 1824- 1847 )
图 1
梭热杆菌支架蛋白的结构
1
1
支架蛋白
纤维小体的主要组成部分


支架蛋白,是无
催化活性的多肽,也被称作 C ipA( ce llulose integrated
pro tein A ) ,是在细胞壁外结合并支撑纤维小体的催
化单元 [ 13]。C ipA具有 9个
型黏合域 ( Coh
)、2
个
型锚定元件 ( Doc
)和 1个 CBM3a。 9个黏合
域包括 8个与催化单位结合的黏合蛋白和 1个
O rf3p( open read ing frame 3p)。O rf3p使支架蛋白通
过
型锚定蛋白连接到梭热杆菌细胞壁的表面。
X
衍射的结果表明, C ipA的 9个黏合蛋白高度均
一,形成 9个 jelly拓扑环, 2个不平行的
折叠的顶
部形成未知功能的窄沟 [ 1]。如表 1所示, 支架蛋白
普遍存在厌氧细菌与真菌中,但是黏合蛋白的数目
与序列具有明显的结构上的差异。
表 1
细菌支架蛋白的结构
名称 黏蛋白数目 结构
参考
文献
C. th erm ocellum ( C ipA) 9
coh
2+ CBM 3+ coh
7 [ 11 ]
C. josui ( C ipA ) 6
CBM3+ coh
6 [ 14 ]
B. cellu losolvens( ScaA ) 10
coh
5+ CBM 3+ coh
5 [ 15 ]
C. cellu lovorans( CbpA ) 9
CBM3+ coh
9 [ 16 ]
C. cellu lolyticum ( C ipC) 8

CBM 3+ DUF+ coh
7+
DUF + coh
[ 17 ]
R. f lavefa cien s( S caB) 7
coh
7 [ 18 ]
1
2 黏合蛋白与锚定元件
梭热杆菌的支架蛋白中包含两类黏合蛋白,

型与
型。
型黏合蛋白特异结合
型在催化单元
的锚定元件,
型黏合蛋白类似细胞表面蛋白与支
架蛋白的锚定元件 SdbA ( C the_1307)结合在细胞壁
上,这两类结合的作用都需要 Ca2 +的参与 [ 1, 19- 21]。
在梭热杆菌的基因组中,超过 70个开放阅读框
架编码的基因产物中含锚定元件 [ 22]。这些基因产
物中包括了内切纤维素酶、外切纤维素酶、木糖酶和
几丁质酶等。锚定元件由 2个 22- 24个氨基酸组
成的序列,结构是对称的, 具有高度的保守性, 在支
架蛋白的 9个黏合蛋白域中具有高度的相似性, 纤
维小体酶锚定元件的同源性超过 65% [ 1]。这些数
据表明,同种细菌的催化单位的锚定元件无特异性
的结合支架蛋白的黏合域, 而来自不同细菌间的这
种特异性结合的确很罕见 [ 20, 23, 24]。
1
3 催化单元
梭热杆菌纤维小体纤维素酶基因几乎散布于整
个基因组,产生大量与细胞壁外支架蛋白结合的催化
单元以及一小部分游离态的纤维素酶 [ 1, 13, 25]。在这
些催化单元中存在着结合到支架蛋白的纤维小体以
及无锚定元件不能结合到支架蛋白上的无锚定元件
的纤维素酶。一些催化单元具有复杂的结构,有些酶
即使属于同一糖苷水解酶家族,结构域与组成也不尽
相同,如 5族的 Cel5C与 Cel5G, 9族的 Cel9T与 Cel9I
(表 2)。纤维小体的催化单元 ( cata ly tic subun it)主要
分布在 3个糖苷水解家族, GH5、GH9和 GH48, 9族占
的比重最大。GH9族纤维素酶不仅在纤维素内部裂
解,而且持续从裂解处降解多聚糖。在梭热杆菌中,
C el48S、Ce l9K和 Cel9J是表达量高的纤维素酶催化
单位,而 Cel8A、Cel5B、Ce l5E和 Ce l5G这些位于糖苷
水解 5族的催化单位表达量较低 [ 26]。在梭热杆菌分
泌的纤维素酶组分中,有一部分以不依靠 Cohesin
与
Dockerin
的相互作用形式结合在支架蛋白上行使降
解纤维素底物的功能。如与 Cel9I相似度极高的
Cel9R,在研究中发现无锚定元件的纤维素酶 Ce l9I与
Cel48Y存在着明显的协同作用 [ 22]。
32
2011年第 5期 李爽等:梭热杆菌纤维小体研究进展
表 2 梭热杆菌纤维素酶催化单元
GH _家族 基因名称 蛋白名称 结构 长度 ( bp)
GH F_1 bglA

C the_0212

B eta
glu cosidase A GH1 448
GH F_3 bglB

C the_1256

Therm ostab le beta
glu cos idase B GH3+ GH 3 755
GH F_5 celB C th e_0536

celC

C the_2807

celE C th e_0797
celG C the_2872

celL C the_0405
cellO C the_2147
Endog lucan ase B
Endog lucan ase C
Endog lucan ase G
S ig+ GH 5+ DocI
GH5
S ig+ GH 5+ DocI+ GDSL
S ig+ GH 5+ DocI
S ig+ GH 5+ DocI
S ig+ CBM 3+ GH 5+ DocI
563
343
814
566
526
660
GH F_8 celA C the_0269
Endog lucan ase A S ig+ GH 8+ DocI 477
GH F_9 celD C the_0825

celF C the_0543

celI

C the_0040

celJ C th e_0624
celK C the_0412
celN C the_0043
celP C the_0274
celQ C the_0625
celR C the_0578
celT C the_2812
celU C the_2360
celV C the_2760
ceWl C th e_0745
Endog lucan ase D
Endog lucan ase F
Endog lucan ase 1
C el lu lose
1, 4
beta
cellob iosidase
S ig+ CelD_N + GH 9+ DocI
S ig+ GH 9+ CBM 3+ DocI
S ig+ GH 9+ CBM 3b+ CBM3c
S ig+ CelD_N + GH 9+ DocI+ PKD
S ig+ CBM 4_9+ C elD _N + GH 9+ DocI
S ig+ GH 9+ CBM 3+ DocI
S ig+ GH 9+ + DocI
S ig+ GH 9+ CBM 3+ DocI
S ig+ GH 9+ CBM 3+ DocI
S ig+ GH 9+ DocI
GH9+ CBM 3+ DocI
T ransm emb rane+ GH 9+ CBM 3+ DocI
S ig+ GH 9+ CBM 3+ DocI
649
739
887
1601
895
742
563
710
736
611
928
961
730
GH F_26 C eHl C th e_1472
Endog lucan ase H S ig+ GH 26+ CBM11+ DocI 900
GH F_48 C elS C the_2089
Endog lucan ase SS S ig+ GH 48+ DocI 741
celY

C the_0071
C el lu lose
1, 4
beta
cellob iosidase
S ig+ GH 48+ CBM3
938


 无锚定域的催化单元;
在 Un iProt中提供完整注释的催化单元
33
生物技术通报 B iotechnology
Bulletin 2011年第 5期
1
4 纤维素结合域
在降解纤维素的过程中纤维素酶依靠 CBM s
( carbohydrate b ind ing modu les)又称 CBDs( ce llulose
binding dom ains)结合到底物表面 [ 27] ,帮助纤维素酶
透过木质素进而增强纤维素酶与底物表面的结合面
积 [ 28, 29 ]。纤维素结合域无酶活性, 通过蛋白质序列
的分析后发现,梭热杆菌的 C ipA与里氏木霉等真菌
的 CBM比较发现,前者结合纤维素的位点明显多于
后者,且比纤维素酶小体中纤维素酶的 CBM结合牢
固 [ 30]。梭热杆菌中的 CBD
型主要分成 3类,
CBD3a、CBD3b和 CBD3c。而真菌类纤维素降解菌
分泌的纤维素酶,以里氏木霉 (Trichod erma reesei )为
例,其纤维素结合域绝大部分是 1族,通过对里氏木
霉的 CBM的多序列比对相似性高达 95%。在催化
单位 ( cata ly tic subun it)中同样存在自己的 CBD, 它
的存在能进一步促进纤维小体与纤维素的结合。细
菌的纤维小体支架蛋白中依靠 CBD3a去绑定纤维
素,一些 9族的纤维素酶如 Ce l9 I、Ce l9N、Cel9Q和
Ce l9F, 它们各自的催化单位与 CBD3c结合, Ce l9I
中是双 CBD域还含有 CBD3b[ 1, 22]。通过序列比对,
CBD3a、CBD3b和 CBD3c的相似性为 46
54%, 说明
这 3类结合域对纤维素底物的亲和度存在着差异。
近年来研究发现, Cel9J的 CBD属于 30族, 试验证明
CBM30对 Cel9J的活性起到了至关重要的作用 [ 31]。
关于纤维小体的主要组成部分


支架蛋白,
通过一系列生物化学的研究,如免疫学、超微结构和
遗传技术等将其生物学的信息研究得十分透彻 [ 32 ] ,
并在诸多生物学数据库中的记录提供了完整的注
释。当前,关于锚定元件与黏合蛋白间的结合的专
一性成为学者近期关注的热点;异源的锚定元件与
黏合蛋白的结合,将已知的高效的细菌纤维素酶结
合到支架蛋白形成多菌种复合态的纤维小体成为了
今后研究的一个趋势。
2 纤维小体的功能
纤维小体特定的结构,使得它可以同多种纤维
素酶结合,形成包含多种催化单元与支架蛋白结合
形成的复合体,通过纤维素酶组分间的协同发挥功
能,降解不同的底物。与真菌纤维素酶一样, 包含 3
种不同的纤维素酶,内切纤维素酶、外切纤维素酶和
纤维二糖酶;不过纤维二糖酶无信号肽不能分泌到
胞外,不能结合在支架蛋白的黏合域 [ 1 ]。内切纤维
素酶与外切纤维素酶作用在纤维素的不同部位。梭
热杆菌分泌丰富的内切纤维素酶, 内切纤维素酶的
数量远远超过外切酶与纤维二糖酶。纤维小体同时
结合了外切纤维素酶与内切纤维素酶,而此两大类
纤维素酶的协同作用正是纤维小体具有高效降解底
物能力的一个重要原因 [ 22 ]。
2
1 内切纤维素酶
内切纤维素酶随机水解无定形纤维素和羧甲基
纤维素等底物,产生可溶性寡聚糖 [ 32 ]。当前已经有
11种梭热杆菌的内切纤维素酶基因成功被克隆。
在 Un iPro t数据库中有 Cel8A ( A3DC29 )、Cel5B
( P04956 )、Cel5C ( A3D J77 )、Cel5D ( A3DDN1 )、
Cel5E ( A3DDK3 )、 Cel9F ( P26224 )、 Ce l5G
( P05332)、Ce l26H ( P16218)、Cel9I( Q02934)、Ce l9J
( A 3DD30)、Ce l9 I ( Q02934 )和 Cel48S ( A3DH67 )
( www. U nipro .t org / ) ,在通过 SMART ( Simp leM odu

larA rch itecture Research Too l http: / / sm ar.t emb l
hei

delberg. de / )对 Un iPro t中的梭热杆菌纤维素酶划分
功能域发现,在数据库中未注释的纤维素酶,按英文
字母顺序排列共有 23条蛋白质序列, 95%的内切纤
维素酶均结合在纤维小体的支架蛋白上 [ 1]。 Ce l9D
是梭热杆菌纤维素小体中活性最高的内切纤维素
酶 [ 35] , 结合在支架蛋白后使 Ce l9D降解微晶纤维素
的活力提高了近 10倍, 但是缺少锚定元件的 Ce l9D
却无降解能力。在 Ce l9D的蛋白质空间结构的研究
中发现,其存在 3个 Ca2+结合位点, Ca2 +的存在能
降低羧甲基纤维素的 Kd值并提高酶的耐热性 [ 1]。
大部分可以结合在支架蛋白的催化单元都具有与
Ca
2 +结合位点。在 Un iPro t的梭热杆菌蛋白质组列
表中,几乎包含所有 Dockerin
元件的催化单元。
2
2 外切纤维素酶
梭热杆菌等细菌水解天然纤维素主要产生纤维
二糖,外切纤维素酶又称纤维二糖水解酶 ( cellob io

hydro lases)作用在纤维素的非结晶区及结晶区产生
纤维二糖。梭热杆菌中已经发现 3种纤维二糖水解
酶: cthe _ 1235 ( A 3DET8 )、Ce l9K ( A3DCH1 ) 和
Cel48Y (A3DB I3)。另外, Ce l48S( A 3DH67)还具有
外切纤维素的功能。梭热杆菌是唯一个表达两种糖
苷水解蛋白 GH48的微生物细菌。外切纤维素酶虽
34
2011年第 5期 李爽等:梭热杆菌纤维小体研究进展
然数量少,但在降解结晶纤维的过程中发挥着重要
的作用。Ce l48Y作为无锚定元件的游离态纤维素
酶,因其与 Ce l9 I协同作用高效降解结晶纤维素而
被广泛研究。 O lson等的研究中突变了一株无
GH48族的梭热杆菌, 通过对底物的降解数据可以
看到, GH48族的两个成员 Ce l48S与 Cel48Y的存在
影响着底物降解的转化率和速率 [ 36, 37]。
2
3
纤维二糖酶
通常,纤维二糖酶将纤维二糖降解成葡萄糖。
但在细菌的纤维小体和发酵上清液均未发现该酶
活,可能由于梭热杆菌的纤维二糖酶无信号肽,不能
分泌到细胞外。纤维二糖通过梭热杆菌的细胞壁进
入到胞内完成由二糖转化成单糖的步骤, 热杆菌共
有两个葡萄糖苷酶 Bg lA与 Bg lB, 其中 Bg lB是热稳
定酶, 体现了梭热杆菌耐高温的特性, BglA和 Bg lB
与 Ce l48Y、Cel9C和 Cel9I等同属无纤维小体的纤
维素酶。
2
4 催化单元的协同作用
纤维素酶系统不仅是上述 3种酶的集合, 更重
要的是这 3种酶以协同作用的形式去完成对底物的
降解。细菌的纤维素酶与真菌的纤维素酶相比缺乏
穿透底物的能力,但是结合底物的能力却高于真菌
纤维素酶。梭热杆菌降解纤维素的过程分两步完
成:首先,内切纤维素酶与外切纤维素酶共同作用将
底物降解成纤维二糖, 再通过跨膜运输将纤维二糖
运至胞内;之后, 胞内的纤维二糖酶完成由二糖分解
成单糖的过程。
纤维小体不仅结合纤维素酶, 还结合木糖酶和
果胶酶等催化单元。这些纤维素之外的成员貌似与
降解纤维素无关,但天然生物质的成分复杂, 除纤
维素外, 还包括一定量 ( 20% - 40% )半纤维素和
木质素等物质, 而木糖酶主要作用的底物为半纤
维素 [ 38, 39]。
3 纤维小体的人工改造
通过多年来对梭热杆菌的研究, 利用生物工程
手段对纤维小体进行人工改造,提出了如下设想,并
有许多在最初看似不可能的想法逐步变成了现
实 [ 40] ;改造的对象主要是构成纤维小体的支架蛋白
和催化单元。
3
1 支架蛋白的基因工程改造
( 1)多种细菌分泌的纤维素酶混合, 利用多菌
种纤维素酶之间的协同作用降解底物,其降解底物
的能力高于单菌种,基于这种思想去构建一种结合
来自不同物种降解能力强的纤维素酶的支架蛋
白,这项研究已经开展并取得了一定进展 [ 6, 16, 41 ]。
( 2)突变支架蛋白基因,发现了一个 IS3家族的转座
子 IS1447,在支架蛋白的开放阅读框架的 4个位置
发生突变,试验结果表明, 突变菌降解能力高于野
生型。
3
2
催化单元的基因工程改造
除了对支架蛋白进行改造之外, 结合在支架蛋
白的催化单元的结构也是被改造的对象之一。梭热
杆菌的催化单元主要分成两类: 具有锚定元件
Docker in
和不具有该元件的无纤维小体酶。
( 1)非纤维小体的纤维素酶的改造, 如 Cel5C
类无锚定元件 ( Dockerin
)结构、游离态的催化单
元, 不能结合在支架蛋白上, 即不属于纤维小体酶。
如果将 Cel9D的 Dockerin
元件转移到 Cel9I,那么
Cel9I获得了结合在支架蛋白的能力 [ 42]。在最近的
研究中, V azana等 [ 36]对已通过试验验证存在协同作
用的 Ce l9 I、Cel48Y与相似度极高并能结合在支架
蛋白的催化单元 Ce l9R和 Ce l48S, 利用基因工程的
手段将其从游离态改造成具有 Dockerin
域的纤维
小体的催化单元。 ( 2) 2007年, M ingardon等的研究
中将原本固定在支架蛋白的黏合域添加到纤维素酶
的结构中,从而使原本只能结合在支架蛋白的纤维
素酶可以结合其他的具有锚定元件的催化单元, 试
验的数据也充分证明了这种非典型的纤维小体在底
物的降解能力高于野生株 [ 43 ]。通过对纤维小体以
及纤维素酶结构改变随着研究的深入与试验方法的
改进与发展,高效纤维素的梭热杆菌的应用会迈向
一个深入的阶段。
4 问题与展望
梭热杆菌属于耐高温厌氧细菌, 因其高效降解
结晶纤维素受到高度重视。梭热杆菌纤维小体是结
合多种直接或间接参与降解天然纤维素的催化单位
的复合体,可以更高效地降解纤维素,尤其是结晶纤
维素。1984年, Lamed和 Bayer发现了纤维小体至
今, 各国的专家学者完成了纤维小体诸多方面的研
35
生物技术通报 B iotechnology
Bulletin 2011年第 5期
究: ( 1)确定了纤维小体是多种催化单元结合在支
架蛋白所形成的复合体; ( 2)明确了纤维小体的组
成与结构; ( 3)总结了锚定元件与黏合蛋白之间的
特异性相互作用; ( 4)成功克隆大部分梭热杆菌分
泌的纤维素酶。
但是在取得研究进展的领域还存在着一些亟待
解决的问题:第一,厌氧真菌、细菌中具有纤维小体,
所以后续的研究重点就是纤维小体结构的普遍性、
菌种间纤维小体支架蛋白及其组件的同源性以及结
构的多样性分析。第二, 提高支架蛋白的通用性。
将支架蛋白作为载体,结合异源的高效的纤维素酶,
这种复合体将会明显提高纤维素的降解能力, 而载
体的构建才是重中之重。第三,除对支架蛋白的改
造之外,对催化单元结构的改造同样重要。在催化
单元的结构中添加黏合域 I构成多催化单元的复合
物,上述的设想都是未来试验中可以尝试的。总之,
伴随着生物学试验技术的发展,这些提高底物降解
效率的设想逐步会成为现实。
参 考 文 献
[ 1] Dem ainAL, New comb M, Wu JH. Cellu lase, clostrid ia, and ethano.l
M icrob iology and M olecu lar B iology Review s, 2005, 69 ( 1 ) :
124
154.
[ 2] LiXH, Yang H J, Roy B, et a.l Th em os t stirring technology in future:
C ellu lase enzym e and b iom ass u tilization. African Journ al ofB iotech

nology, 2009, 8( 11 ) : 2418
2422.
[ 3] Do iRH, Kosug iA, Mu rash im a K, et a.l Cel lu losom es fromm esoph ilic
bacteria. Jouranl ofB acteriology, 2003, 185 ( 20) : 5907
5914.
[ 4] S chenk PM, Thomas
H all SR, S tehen s E, et a.l Second generat ion
b iofuels: h igh
eff iciency m icroalgae for b iod iesel produ ct ion. B io E n

ergy Research, 2008, 1( 1) : 20
43.
[ 5] Lam ed R, Bayer EA. The cellu losom e of C lostrid ium therm ocellum.
Adv App lM icrobid, 1988, 33: 1
46.
[ 6] Kum ar RS, S ingh S, S ingh OV. B ioconvers ion of lignocellu losic b io

m ass: b iochem ical and m olecu lar perspectives. Jou rnal of Indu strial
M icrob iology& B iotechno logy, 2008, 35 ( 5) : 377
391.
[ 7] H and elsm anT, Barak Y, N akar D, et a.l C ohesin
dockerin in teract ion
in cellu losome assemb ly: a s ingleA sp
to
A sn mu tat ion d isrup ts h igh

aff in ity cohes in
dock erin b ind ing. FEBS Let ters, 2004, 572 ( 1 ) :
195
200.
[ 8] Ahm ed S, Deka D, Jaw edM, et a.l B ioch em ical characterization of a
recomb inan t d erivative( C tL ic 26A
Cel 5) of a cellu losom al cellulase
from C lostrid ium therm oce llum. Curren t Trend s in B iotechn ology and
Pharm acy, 2009, 3 ( 1) : 56
63.
[ 9] T imm on sMD, Knu tson BL, Nokes SE, et a.l Analys is of com position
and structu re ofC lostrid ium therm oce llum m emb ranes from w ild
type
and ethano l
adap ted strains. App liedM icrob iology and B iotechnolo

gy, 2009, 82( 5 ): 929
939.
[ 10] Bayer EA, M orag E, Lam ed R. Th e cellu losom e

a treasure
trove for
b iotechno logy. T rend s in B iotechnology, 1994, 12( 9 ) : 379
386.
[ 11] H aim ov itz R, Barak Y, M orag E, et a.l C ohesin
dockerin m icroar

ray: D iverse specificit ies betw een tw o com p lem en tary fam il ies of in

teracting p roteinm odu les. P roteom ics, 2008, 8 ( 5) : 968
979.
[ 12] Zverlov VV, Kellermann J, Schw arzWH. Functional subgen om ics of
C lostrid ium therm oce llum cellu losom al genes: iden tification of the
m ajor catalyt ic com ponen ts in the extracellu lar com plex and detec

tion of three new en zym es. Proteom ics, 2005, 5( 14 ) : 3646
3653.
[ 13] Zverlov VV, V el ikodvorskaya GA, Schw arzWH. Tw o new cellulo

som e com pon ents en coded down stream of celI in th e genom e of
C lostrid ium therm ocel lum: the non
processive endoglu canase C elN
and th e poss ib ly structu ral protein C seP. M icrob iology, 2003, 149:
515
524.
[ 14] K ak iuch iM, Isui A, Su zuk iK, et a.l C lon ing and DNA sequen cing
of the genes encod ingC lostrid ium josui scaffold ing protein C ipA and
cellu lase C elD and ident ification of their gene produ cts as m ajor
com ponen ts of the cellu losom e. Journa l of B acterio logy, 1998, 180
( 16) : 4303
4308.
[ 15] D ing SY, Bayer EA, S teiner D, et a.l A scaffold in of the Bac teroides
cellulosolvens cellu losom e th at con tains 11 type II cohesin s. Jouran l
of B acterio logy, 2000, 182 ( 17) : 4915
4925.
[ 16] Cha J, M atsuok a S, Chan H, et a.l E ffect ofm u ltip le cop ies of co

hesin s on cellulase and h em icellu lase act ivit ies ofC lostrid ium cellu

lovoransm in i
cellu losom es. Jou rnal ofM icrob iology and B iotechnol

ogy, 2007, 17( 11 ): 1782
1788.
[ 17] Pages S, Belaich A, Tard ifC, et a.l Interaction betw een th e endoglu

canase C elA and the scaffold ing protein C ipC of the C lostrid ium cel

lulolyticum cellu losom e. Jou ran l of B acterio logy, 1996, 178 ( 8 ):
2279
2286.
[ 18] D ing SY, Rin con MT, Lam ed R, et a.l C ellu losoma l scaffold in
like
p rote ins from Rum in ococcus flavefaciens. Jouran l of Bacteriology,
2001, 183 ( 6) : 1945
1953.
[ 19] Yaron S, M orag E, Bayer EA, et a.l Exp ress ion, purification and
subun it
b ind ing properties of coh es ins 2 and 3 of the C lostridium
therm ocel lum cellu losom e. FEBS Letters, 1995, 360 ( 2) : 121
124.
[ 20] Choi SK, L jungdah l LG. Stru ctural role of calcium for the organ iza

tion of th e cellu losom e of C lostrid ium therm ocellum. B iochem ist ry,
1996, 35 ( 15) : 4906
4910.
[ 21] P inheiro B, G ilbert H J, Kazu tak a S, et a.l Function al insights in to
th e role of novel typ e I cohesin and dockerin dom ain s from C lostrid

ium therm ocellum. B iochem ical Jou ran ,l 2009, 424 ( 3) : 375
384.
[ 22] B erger E, Zh ang D, Zverlov VV, et a.l Tw o noncellu losom al cellula

36
2011年第 5期 李爽等:梭热杆菌纤维小体研究进展
ses ofC lostridium thermocellum, C el9 I and C el48Y, hydrolyse crys

tallin e cel lu lose syn erg ist ica lly. FEMS M icrob iology, 2007, 268
( 2 ): 194
201.
[ 23 ] B
gum P, Lem aireM. The cellu losom e: an exocel lu lar, m u lt iprotein
com p lex special ized in cellu lose degradation. Crit ica l Review s in
B ioch em istry andM olecu lar B iology, 1996, 31( 3) : 201
236.
[ 24 ] Kruu sK, Lu a AC, Dem ain AL, et a.l The an chorage fun ct ion of C i

pA( CelL ) , a scaffold ing p rotein of the C lostrid ium therm ocellum
cel lu losom e. NationalA cad S cien ces, 1995, 92 ( 20) : 9254
9258.
[ 25 ] Rob erts S, C hristoph er G, Pau lB J, et a.l Genom e
scalem etabolic a

nalysis ofC lostrid ium therm oce llum for b ioethano l produ ct ion. BMC
Sys tem B iology, 2010, 4( 1 ) : 31
47.
[ 26 ] Gold ND, M art in V J. G lob al v iew of th e C lostrid ium therm ocellum
cel lu losom e revealed by quant itat ive proteom ic analysis. Jou rnal of
B acteriology, 2007, 189 ( 19) : 6787
6795.
[ 27 ] Shoseyov O, Shan i Z, Levy I. Carbohyd rate b ind ing m odu les: b io

chem ical propert ies and novel app licat ion s. M icrob iology and Mo

lecu lar B iology Rev iew s, 2006, 70 ( 2) : 283
295.
[ 28 ] M achado J, A ra
jo A, P in to R, et a.l Stud ies on th e in teraction of
the carbohydrate b ind ing m odu le 3 from the C lostrid ium therm ocel

lum C ipA scaffo ld ing protein w ith cellu lose and p aper fib res. Cellu

lose, 2009, 16( 5 ) : 817
824.
[ 29 ] Guerreiro C, Lucilia D. E scherich ia coli expression and pu rif icat ion
of fou r ant im icrob ial pept ides fused to a fam ily 3 carbohydrate
b ind

ing m odu le( CBM ) from C lostrid ium th erm ocellum. Protein Expres

s ion and Purif icat ion, 2008, 59 ( 1) : 161
168.
[ 30 ] C arvalho AL, Davis FM, N agy T, et a.l Evid ence for a dual b ind ing
mode of dockerin modu les to coh es ins. Nat iona l Acad Sciences,
2007, 107( 45 ): 3089
3094.
[ 31 ] A rai T, A rak i R, Tanaka A, et a.l Characterization of a cellulase
con tain ing a fam ily 30 carb ohydrate
b ind ing m odu le( CBM ) derived
from C lostrid ium therm ocel lum C elJ: im portan ce of the CBM to cel

lu lose hydrolys is. Jou rnal of Bacteriology, 2003, 185( 2) : 504
512.
[ 32] Lynd LR, W eim er PJ, van ZylWH, et a.l M icrob ial cellulose ut iliza

t ion: fundam entals and b iotechnology. M icrob iology and M olecu lar
B iology R eview s, 2002, 66( 2 ): 506
572.
[ 33 ] C arere CR, R ich ard S, Nazim C, et a.l Th ird generat ion b iofu els via
d irect cel lu lose ferm entation. M olecu lar D iversity Preservation Inter

nat ional(MDPI) , 2008, 9( 7 ): 1342
1360.
[ 34] Zverlov VV, S chw arzWH. Bacterial cellu lose hydrolys is in an aero

b ic environm ental subsystem s- C lostrid ium therm ocel lum and C los

trid ium stercorarium, therm oph ilic plan t
fiber degrad ers. Annals of
th e New YorkA cadem y of S cien ces, 2008, 1125: 298
307.
[ 35] Garcia
cam payo V, B
gu in P. Syn erg ism b etw een the cellulosom e

in tegrating p rote in C ipA and endoglu canase CelD of C lostridium
therm ocel lum. Journal of B iotechnology, 1997, 57( 1 ): 39
47.
[ 36] V azana Y, M ora
s S, Barak Y, et a.l Interplay betw een C lostridium
therm ocel lum fam ily 48 and fam ily 9 cellu lases in cellu losom al ver

sus noncellu losom al states. App lied and E nvironm entalM icrob iolo

gy, 2010, 76 ( 10) : 3236
3243.
[ 37] Olson DG, T ripath i SA, G iannon e RJ, et a.l Deletion of th e C el48S
cellu lase from C lostrid ium therm oce llum. N ational Acad S cien ces,
2010, 107 ( 45) : 11727
11732.
[ 38] H imm elME, D ing SY, JohnsonDK, et a.l B iom ass recalcitrance: en

g ineering plants and en zym es for biofuels produ ct ion. S cien ce,
2007, 315 ( 5813) : 804
807.
[ 39] Rub in EM. Genom ics of cellu los ic b iofu els. Nature, 2008, 454: 841

845.
[ 40] Zverlov VV, M artin a K, Krau ss J, et a.l M utations in the scaffold in
gene, cipA, ofC lostrid ium th erm ocellum w ith im paired cellu losom e
form ation and cellulose hydrolys is: in sertions of a new transposab le
elem en t, IS1447, and im p lications for cellu lase synergism on crys

ta lline cellulose. Jouran l of Bacteriology, 2008, 192 ( 12 ):
4321
4327.
[ 41] Ding SY, Xu Q, C row ley M, et a.l A b iophys ica l persp ective on the
cellu losom e: new opportun ities for b iom ass convers ion. Curren t O

p in ion in B iotechnology, 2008, 19( 3) : 218
227.
[ 42] Tokat lid isK, Dhu rjat iP, B
gu in P. Properties conferred onC lostrid

ium th erm ocellum endoglucanase C elC by graft ing th e dupl icated
segm ent of endoglucanase CelD. Protein E ngineering Design& Se

lection, 1993, 6( 8) : 947
952.
[ 43] M ingardon F, Chanal A, Tard if C, et a.l Exp lorat ion of new geom e

tries in cellu losom e
l ike ch im eras. App lied and Environm en talM i

crob iology, 2007, 73 ( 22) : 7138
7149.
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